علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

کنترل تحمل پذیر عیب مانور مداری ماهواره مبتنی بر عملگر مجازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 پژوهشگر / پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
2 استادیار/ پژوهشکده رانشگرهای فضایی-پژوهشگاه فضایی ایران
3 پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران
چکیده
در این مقاله، برای مانور ماهواره‌های مدار پایین زمین که در معرض کاهش اثرگذاری و عیب­های جمع شونده عملگر و همچنین اغتشاشات طبیعی مانند درگ اتمسفر، گرانش زمین، تابش خورشیدی و جسم سوم هستند، از یک کنترل تحمل‌پذیر عیب مبتنی بر عملگر مجازی استفاده می‌شود. در رویکرد مورد استفاده، نیازی به واحدی مجزا جهت تشخیص، جداسازی و شناسایی خطا نیست. ویژگی اصلی این رویکرد، ارائه عملکردی یکسان برای سیستم نامی و سیستم معیوب است زیرا عیب­های عملگر و اغتشاشات به دلیل قرار دادن یک عملگر مجازی بین پلنت معیوب و کنترل­کننده نامی از کنترل­کننده نامی پنهان می شوند.




نحوه استناد به این مقاله
 




برای هدف مانور ماهواره، با استفاده از دینامیک مداری کپلر که تنها تحت گرانش زمین قرار دارد، پارامترهای مدار ثانویه مطلوب، محاسبه می‌شوند. علاوه بر این، از دینامیک مداری مبتنی بر شش عنصر مداری اصلاح شده استفاده شده است که از تکینگی جلوگیری می­کند. سپس با استفاده از پارامترهای مدار مطلوب، عناصر مداری حرکت نسبی محاسبه و در قوانین کنترل به­کار می­روند. برای نشان دادن اثربخشی روش کنترل، سناریویی از مانور ماهواره با دینامیک مداری کپلر که تحت تاثیر اغتشاشات طبیعی و عیب های عملگر است، به مدت 42 روز شبیه سازی می شود. این ماهواره دارای سطح مقطع موثر m2 0.56 است و از روز 32ام عیب در عملگر آن رخ می دهد. نتایج، عملکرد بالاتر روش پیشنهادی را در مقایسه با کنترل کننده­های سنتی مانند LQR نشان می دهد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

  1. A. Starek, B. Açıkmeşe, I. A. Nesnas, and M. Pavone, Spacecraft Autonomy Challenges for Next-Generation Space Missions in Advances in Control System Technology for Aerospace Applications, Berlin, Heidelberg: Springer, 2016.

[2]      M. Leomanni, A. Garulli, A. Giannitrapani, and F. Scortecci, "Propulsion options for very low Earth orbit microsatellites," Acta Astronautica, vol. 133, pp. 444-454, 2017.

[3]      A. A. Amin and K. Mahmood-ul-Hasan, "Robust Passive Fault Tolerant Control for Air Fuel Ratio Control of Internal Combustion Gasoline Engine for Sensor and Actuator Faults," IETE Journal of Research, vol. 69, no. 5, pp. 2846-2861, 2023.

[4]      M. Saied, B. Lussier, I. Fantoni, H. Shraim, and C. Francis, "Active versus passive fault-tolerant control of a redundant multirotor UAV," The Aeronautical Journal, vol. 124, no. 1273, pp. 385-408, 2020.

[5]      J. D. Stefanovski, "Passive fault tolerant perfect tracking with additive faults," Automatica, vol. 87, pp. 432-436, 2018.

[6]      N. Li, H. Sun, and Q. Zhang, "Robust passive adaptive fault tolerant control for stochastic wing flutter via delay control," European Journal of Control, vol. 48, pp. 74-82, 2019.

[7]      I. Tahiri, A. Philippot, V. Carré-Ménétrier, and A. Tajer, "A Fault-Tolerant and a Reconfigurable Control Framework: Application to a Real Manufacturing System," Processes, vol. 10, no. 7, 2022.

[8]      Y. Gui, Q. Jia, H. Li, and Y. Cheng, "Reconfigurable Fault-Tolerant Control for Spacecraft Formation Flying Based on Iterative Learning Algorithms," Applied Sciences, vol. 12, no. 5, p. 2485, 2022.

[9]      D. V. Nair and M. S. R. Murty, "Reconfigurable control as actuator fault-tolerant control design for power oscillation damping," Protection and Control of Modern Power Systems, vol. 5, no. 1, p. 8, 2020.

[10]    Y. Wang, D. Rotondo, V. Puig, and G. Cembrano, "Fault-Tolerant Control Based on Virtual Actuator and Sensor for Discrete-Time Descriptor Systems," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 67, no. 12, pp. 5316-5325, 2020.

[11]    J. Cieslak and D. Henry, "A Switching Fault-Hiding Mechanism based on Virtual Actuators and Dwell-Time Conditions," IFAC-PapersOnLine, vol. 51, no. 24, pp. 703-708, 2018.

[12]    D. Rotondo, J.-C. Ponsart, D. Theilliol, F. Nejjari, and V. Puig, "A virtual actuator approach for the fault tolerant control of unstable linear systems subject to actuator saturation and fault isolation delay," Annual Reviews in Control, vol. 39, pp. 68-80, 2015.

[13]      M. Yadegar, N. Meskin, and A. Afshar, "Fault-tolerant control of linear systems using adaptive virtual actuator," International Journal of Control, vol. 92, no. 8, pp. 1729-1741, 2019.

[14]      F. de Bruijn, E. Gill, and J. How, "Comparative analysis of Cartesian and curvilinear Clohessy-Wiltshire equations," Journal of Aerospace Engineering, Sciences and Applications, vol. 3, pp. 1-15, 2011.

[15]      S. De Florio, S. D’Amico, and G. Radice, "Virtual Formation Method for Precise Autonomous Absolute Orbit Control," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 37, no. 2, pp. 425-438, 2014.

[16]    س. ابردری, "مدلسازی و طراحی سیستم انتقال مداری و کنترل موقعیت یک ماهواره در مدار LEO ، کارشناسی ارشد, دانشکده مهندسی برق, دانشگاه علم و صنعت, اسفند 1394.

[17]    ع. قاصر, "شبیه سازی مسیر انتقال مداری کم پیشران برای میکروماهواره با استفاده از تراستر الکتریکی " کارشناسی ارشد, دانشکده مهندسی فناوری های نوین, دانشگاه شهید بهشتی, شهریور 1398.

[18]    M. Leomanni, G. Bianchini, A. Garulli, A. Giannitrapani, and R. Quartullo, "Orbit Control Techniques for Space Debris Removal Missions Using Electric Propulsion," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 43, pp. 1-10, 2020.

[19]    M. Leomanni, G. Bianchini, A. Garulli, and A. Giannitrapani, "State feedback control in equinoctial variables for orbit phasing applications," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 41, no. 8, pp. 1815-1822, 2018.

[20]    J. H. Richter, Reconfigurable Control of Nonlinear Dynamical Systems, Berlin, Heidelberg: Springer, 2011.

[21]    G. Seeber, Satellite Geodesy, Berlin, New York: Walter de Gruyter, 2003.

[22]    J. R. Wertz, Spacecraft Attitude Determination and Control, Dordrecht: Springer, 2012.

  • تاریخ دریافت 23 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 01 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش 26 دی 1402