نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده برق دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار، پژوهشگاه فضایی ایران

3 دانشکده برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله، یک کنترل‌کننده پیش‌بین مقاوم مبتنی بر تیوب برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره (SACS)،‌ در حضور اغتشاش خارجی نامعین و محدود طراحی شده است. بر اساس این طراحی، تضمین می‌شود که انحراف ناشی از اغتشاش محدود، بر روی تمامی زوایای اویلر و مشتقات آنها به اندازه حد تعیین شده‌ای است. این حد تعیین شده بر اساس مفهوم کوچکترین مجموعه‌ تغییرناپذیر مثبت مقاوم (mRPI) است. عملگرها و متغیرهای ثابت اویلر بر اساس سیستم کنترل وضعیت ماهواره (SACS) در نظر گرفته می‌شود. از طرفی تضمین پایداری دینامیک سیستم به‌صورت مقاوم قابل بیان است. ماهواره سیستمی با پیچیدگی بالاست. با توجه به اینکه دینامیک ماهواره دارای تعداد زیادی حالت سیستم است، امکان اعمال کنترل وضعیت ماهواره توسط کنترل‌کننده پیش‌بین مقاوم مبتنی بر تیوب به‌صورت آنلاین میسر نیست. تعداد حالت‌های سیستم کنترل وضعیت ماهواره در این مقاله 6 عدد است. به دلیل این تعداد حالت‌های زیاد، سیستم ماهواره هنگام محاسبه‌ کوچک‌ترین مجموعه نامتغیر مثبت مقاوم، با چالش افزایش حجم محاسبات در هنگام محاسبه این مجموعه یا همان تیوب مواجه است. حجم محاسبات به دلیل جمع‌های متعدد مینکوفسکی در محاسبه تیوب، به‌صورت نمایی افزایش می‌یابد. در راستای برطرف شدن این چالش، راهکار پیشنهادی تخمین تیوب برای کاهش حجم محاسبات ماهواره ارائه می‌شود. با این تخمین، روند افزایش حجم محاسبات طراحی کنترل پیش‌بین‌ مقاوم مبتنی بر تیوب برای ماهواره متوقف می‌شود. برای سیستم مورد نظر، در حضور اغتشاش نامعین و محدود شبیه‌سازی‌ انجام شده است. نتایج نشان‌دهنده‌ کنترل وضعیت ماهواره با کاهش حجم محاسبات در هنگام طراحی کنترل‌کننده پیش‌بین مقاوم مبتنی بر تیوب است

کلیدواژه‌ها

موضوعات

##K. Alexis, G. Nikolakopoulos, and A. Tzes, “Switching model predictive attitude control for a quadrotor helicopter subject to atmospheric disturbances,” Control Eng. Pract., vol. 19, no. 10, pp. 1195–1207, 2011.##
##J. Yang, S. Li, X. Chen, and Q. Li, “Disturbance rejection of dead-time processes using disturbance observer and model predictive control,” Chem. Eng. Res. Des., vol. 89, no. 2, pp. 125–135, 2011.##
##W. Langson, I. Chryssochoos, and S. V Raković, “Robust model predictive control using tubes,” Automatica, vol. 40, pp. 125–133, 2004.##
##D.Q. Mayne, M.M. Seron and S.V. Raković, “Robust model predictive control of constrained linear systems with bounded disturbances”, Automatica Vol.41, PP 219-224, 2005.##
##S.V. Raković, D.Q. Mayne, “A simple tube controller for efficient robust model predictive control of constrained linear discrete time systems subject to bounded disturbances”, The International Federation of Automatica Control, Luxenberg, Austria, July 2005.##
##Bayer, Florian A., Matthias A. Müller, and Frank Allgöwer. "Tube-based robust economic model predictive control." Journal of Process Control, Vol.24, No.8, pp. 1237-1246, 2014.##
##Bayer, Florian A., Matthias A. Müller, and Frank Allgöwer. "On optimal system operation in robust economic MPC." Automatica, Vol.88, pp. 98-106, 2017.##
## Mammarella, Martina, et al. "Attitude control of a small spacecraft via tube-based model predictive control." Journal of Spacecraft and Rockets, Vol.56, No.6, pp. 1662-1679, 2019.##
## Kim, Jongbum, Youeyun Jung, and Hyochoong Bang. "Linear time-varying model predictive control of magnetically actuated satellites in elliptic orbits." Acta Astronautica, Vol.151, pp. 791-804, 2018.##
##Pirouzmand, Fateme, and Nemat Ollah Ghahramani. "Robust model predictive control based on MRAS for satellite attitude control system." The 3rd International Conference on Control, Instrumentation, and Automation. IEEE, 2013.##
##Villanueva, Mario Eduardo, et al. "A set-theoretic generalization of dissipativity with applications in Tube MPC." Automatica, Vol.122, 2020.##
##Sebghati, Ashkan, and Saeed Shamaghdari. "Tube‐based robust economic model predictive control with practical and relaxed stability guarantees and its application to smart grid." International Journal of Robust and Nonlinear Control, Vol.30, No.17, pp. 7533-7559, 2020.##
## S. V. Rakovic´, E. C. Kerrigan, K. I. Kouramas, and D. Q. Mayne. "Invariant approximations of the minimal robust positively invariant set." IEEE Transactions on automatic control, Vol.50, No.3, pp. 406-410, 2005.##
## M.J. SIDI, Spacecrafts Dynamics and Control: A Practical Engineering Approach, Cambridge Areospace, Series 7, New York, 1997.##
##ف. پیروزمند، ن. قهرمانی و م. ر. عاروان، "طراحی کنترل­کننده پیش­بین مقاوم با استفاده از نامساویهای ماتریسی خطی برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره،" مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 44، شماره 4، صفحات 10-21، 1393.##
##م. نوابی، پ. زارعی، "کنترل وضعیت ماهواره­ی کوچک دارای کمبود عملگر با استفاده از کنترل پیشبین مدل،" هجدهمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران، 1398.##