طراحی کنترل‌کننده همزمان وضعیت و نرخ چرخش ماهواره سنجش از دور به روش تطبیقی نظارتی

نویسندگان

1 امیرکبیر

2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، فارغ التحصیل کارشناسی ارشد (دانشجوی دکترا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی)

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشیار دانشکده مهندسی هوافضا

چکیده

در این مقاله کنترل‌ وضعیت ماهواره سنجش از دور نمونه با مأموریت تصویربرداری مطرح می‌شود. ماهواره نمونه در مدار بیضوی شکل ارتفاع پایین قرار گرفته و دارای دو پنل بازشونده در دو وجه خود است. همچنین برای رسیدن سطوح خود به تعادل دمایی حول محور عمودی بدنی با نرخ ثابتی می‌چرخد. مشخصات مداری و فیزیکی ماهواره باعث اعمال اغتشاش آیرودینامیکی بزرگ و متغیری به ماهواره می‌شود. برای این منظور الگوریتم کنترل وضعیتی بر اساس کنترل تطبیقی نظارتی طراحی می‌شود تا در حضور عدم قطعیت‌های پارامتری، دینامیک‌های غیرخطی، اغتشاش متغیر و توان محدود قادر به کنترل همزمان وضعیت و نرخ چرخش ماهواره در مود کنترل نرخ چرخش و نشانه‌روی به سمت زمین و تصویربرداری باشد.در ساختار کنترل تطبیقی نظارتی یک ناظر سطح بالا که بر مبنای منطق فازی عمل می‌کند، با توجه به مشخصه‌های کنترل‌کننده‌های سطح پایین سهم اشتراک هر یک از آن‌ها را تعیین می‌کند. کنترل‌کننده‌های سطح پایین شامل کنترل‌کننده بر مبنای دینامیک معکوس و کنترل‌کننده تطبیقی است. با به کارگیری این راهکار می توان از مزایای کنترل کننده های سطح پایین بهره مند شد. با توجه به اینکه سینماتیک ماهواره مستقل از ترم کنترل است، ساختار کنترل کننده معرفی شده از دو حلقه‌ تشکیل شده است. در حلقه‌ی داخلی سرعت بر اساس قوانین کنترل تطبیقی نظارتی کنترل شده و در حلقه‌ی خارجی با استفاده از دنبال‌کننده مدل وضعیت، وضعیت مطلوب ماهواره کنترل می‌شود. ارزیابی عملکرد کنترل کننده طراحی شده در حضور سیستم نظارتی و بدون حضور سیستم نظارتی مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design of Synchronous Attitude and Rate Control for Remote Sensing Satellite based on Supervisory Adaptive Control Method

نویسندگان [English]

  • farhad fani saberi 1
  • Zahra Samadi Khoshkho 2
  • Mahdi Mortazavi 3
چکیده [English]

The purpose of this paper is design of a three axis attitude control algorithm for sample remote sensing satellite. According to the orbital and physical characteristics of sample satellite, three attitude control algorithms are designed. These algorithms can simultaneously control the satellite’s attitude and its rotational rate in the presence of parametric uncertainties, unknown and nonlinear dynamics and variable disturbances. The proposed structure provides the possibility of designing reduced order control system and increases stability and robustness of system against the uncertainties. The first algorithm is inverse dynamic based control which is nonlinear and static control method. Second algorithm is designed based on adaptive control principal. This way has the capability to control satellite in the presence of uncertainties. In this method, when the value of angular velocity is large, the magnitude of control effort is high. This property results in increased power consumption and actuator saturation. On the other hand, the adaptive control algorithm in some conditions becomes unstable. So using this method is only suitable for pointing and imaging mode.Thus,in the structure of supervisory adaptive control, a high level supervisor which works based on fuzzy logic determines the contribution of low level controllers according to the characteristics of them. In this control algorithm, accuracy is higher than the tow algorithms that were introduced above, while controlling torque will be less. This approach avoid the saturation of actuators while have the advantages of other two algorithms are presented as well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Supervisory adaptive controller
  • Synchronous satellite attitude and rate control
  • Fuzzy logic
  • Uncertainty
  • Disturbance