علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

کنترل وضعیت تطبیقی ماهواره با در نظر گرفتن عیب عملگرهای گشتاوردهنده مغناطیسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه عملگرها، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
2 سرپرست گروه عملگرها، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
3 پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
چکیده
 در این مقاله، کنترل تطبیقی تحمل‌پذیر عیب مبتنی بر مد لغزشی نهایی سریع اصلاح شده برای ردیابی وضعیت ماهواره با عملگرهای گشتاوردهنده مغناطیسی و یک چرخ عکس‌العملی توسعه یافته است. روش مد لغزشی پیشنهادی به گونه‌ای طراحی شده است که در برابر عیب عملگرها، اغتشاشات و نامعینی‌های سیستم مقاوم بوده و عملکرد قابل قبول سیستم را حفظ نماید. قانون تطبیقی نیز با هدف تخمین حد بالای عبارت‌های نامعینی، افزایش دقت ردیابی و بهبود عملکرد سیستم طراحی شده است. این پارامتر، به همراه ضریبی از متغیر سطح لغزش در بخش رساننده قانون کنترل و به منظور حذف چترینگ استفاده شده است. پایداری و همگرایی زمان محدود متغیرهای وضعیت ماهواره با استفاده از روش لیاپانوف توسعه‌یافته به اثبات رسیده است. به‏منظور افزایش دقت ردیابی و برای جبران گشتاور موردنیاز، یک چرخ عکس‌العملی به‏عنوان افزونگی درنظر گرفته شده است. برای افزایش دقت روش کنترلی نیز مدل دینامیکی این عملگر و محدودیت‌های کلیه عملگرها مورد توجه قرار گرفته است. همچنین، عملکرد روش پیشنهادی با استفاده از شبیه‌سازی و تحت شرایط مذکور بررسی و نتایج آن با روش مشابهی مقایسه شده است. نتایج بیانگر همگرایی زمان محدود متغیرهای وضعیت، افزایش دقت ردیابی، هموار شدن تغییرات وضعیت ماهواره و تولید سیگنال کنترلی بدون چترینگ است
کلیدواژه‌ها
موضوعات

  1. Y.,Miao, et al., "Adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control for attitude tracking of flexible spacecraft with rotating appendage," Aerospace Science and Technology, vol. 93, pp. 105312, 2019.
  2. P.Castaldi, N. Mimmo, and S. Simani, "LEO satellite active FTC with aerodynamic disturbance decoupled fault diagnosis," European Journal of Control, vol. 51, pp. 76-94, 2020.
  3. S.M. Sadigh, A. Kashaninia, and S.M.M. Dehghan, "Adaptive Fault Tolerant Attitude Control of a Nano-Satellite with Three Magnetorquers and One Reaction Wheel," Journal of Aerospace Engineering, vol. 35, no. 1, p. 04021113, 2022.
  4. Q.Liu, M. Liu, and J. Yu, "Adaptive fault-tolerant control for attitude tracking of flexible spacecraft with limited data transmission," IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, ol. 51, no. 7, pp. 4400-4408, 2019.
  5. Q. Hu, X. Zhang, and G. Niu, "Observer-based fault tolerant control and experimental verification for rigid spacecraft," Aerospace Science and Technology, vol. 92, pp. 373-386, 2019.

.6  س.  م. صدیق و ع. کاشانی‌نیا، "طراحی کنترل تحمل پذیر عیب با استفاده از کنترل کننده مدلغزشی سوپرتوییستینگ برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره،" چهارمین کنفرانس ملی و دومین کنفرانس بین المللی پژوهش های کاربردی در مهندسی برق، مکانیک و مکاترونیک، تهران، 1395.

  1. M Sadigh, S., A. Kashaninia, and S.M.M. Dehghan, "Fault-tolerant Satellite Attitude Tracking by Modified Non-Singular Fast Terminal Sliding Mode," in 2020 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), pp. 1-6: IEEE, 2020.
  2. Sadigh, S.M., A. Kashaninia, and S.M.M. Dehghan, "Fault tolerant nano-satellite attitude control by adaptive modified nonsingular fast terminal control," Journal of Control, vol. 15, no. 4, pp. 49-58, 2022.

.9  م. فرهید، ح. بهشتی، م. عباسپور و م. اصلانی‌منش، "تجزیه و تحلیل حالات خرابی بالقوه در عملگر چرخ عکس العملی کنترل وضعیت ماهواره و رفع عملیاتی اثرات ناشی از آنها،" علوم، فناوری و کاربردهای فضایی، دوره 1، شماره 2، 2022، ص.ص. 112-125.

.10 د. بوستان، س.ک. حسینی ثانی، ن. پریز، "کنترل تحمل پذیر خطا برای ماهواره به روش معکوس دینامیک غیرخطی،" فصلنامه علوم و فناوری فضایی، شماره 2، 1394.

.11 سویل  م. صدیق و حسین بهشتی، "کنترل وضعیت تحمل‌پذیر عیب برای یک ماهواره با چهار چرخ عکس العملی،" علوم، فناوری و کاربردهای فضایی، دوره 2، شماره 1، 2022، ص.ص. 131-118.

.12 م. مدنی اصفهانی، عارف آقاملائی، ط. عبداللهی، و س. شمقدری، "کنترل وضعیت ماهواره با کنترل پیش‌بین مقاوم مبتنی بر تیوب با محاسبات کاهش یافته،" علوم، فناوری و کاربردهای فضایی، دوره 2، شماره 1، 2022، ص.ص. 84-95.2022.

.13 و. بهلوری، ح. حقیقی، س. کویری، م. تقی‌نژاد، ا. معانی، س. سیدزمانی،"طراحی و پیاده‌سازی بستر آزمون سخت افزار در حلقه کنترل وضعیت ماهواره،" علوم و فناوری فضایی، دوره 12، شماره 2، 2019، ص.ص. 55-70.

  1. M.A.Desouky, and O. Abdelkhalik, "A new variant of the B-dot control for spacecraft magnetic detumbling," Acta Astronautica, vol. 171, pp. 14-22, 2020.
  2. D. Invernizzi and M. Lovera, "A projection-based controller for fast spacecraft detumbling using magnetic actuation," Automatica, vol. 113, p. 108779, 2020.
  3. D. K. Giri and M. Sinha, "Robust backstepping magnetic attitude control of satellite subject to unsymmetrical mass properties," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 56, no. 1, pp. 298-305, 2019.
  4. D. K. Giri, "Fast finite-time sliding mode magnetic attitude control of satellites," in AIAA Scitech 2019 Forum, 2019, p. 0933.
  5. S. M. Sadigh, A. Kashaninia, and S. M. M. Dehghan, "Adaptive sliding mode fault-tolerant control for satellite attitude tracking system," Advances in Space Research, 2022.
  6. L. Ashayeri, A. Doustmohammadi, and F. F. Saberi, "Fault-tolerant control of flexible satellite with infinite-dimensional model," Advances in Space Research, vol. 68, no. 7, pp. 3080-3092, 2021..
  7. Y. Ji, L. Chen, D. Zhang, and X. Shao, "Neural network-based nonsingular fixed-time pose tracking control for spacecraft with actuator faults," Advances in Space Research, vol. 69, no. 6, pp. 2555-2573, 2022.
  8. S. Gao, X. Liu, Y. Jing, and G. M. Dimirovski, "A novel finite-time prescribed performance control scheme for spacecraft attitude tracking," Aerospace Science and Technology, vol. 118, p. 107044, 2021.
  9. M. J. Sidi, Spacecraft dynamics and control: a practical engineering approach. Cambridge university press, 1997.
  10. Q. Hu, "Robust adaptive sliding-mode fault-tolerant control with L2-gain performance for flexible spacecraft using redundant reaction wheels," IET control theory & applications, vol. 4, no. 6, pp. 1055-1070, 2010.
  11. S. M. Sadigh, A. Kashaninia, and S. M. M. Dehghan, "Adaptive finite-time fault-tolerant control for nano-satellite attitude tracking under actuator constraints," Aerospace Science and Technology, p. 108337, 2023.
  12. D. Ivanov, M. Y. Ovchinnikov, V. Penkov, D. Roldugin, D. Doronin, and A. Ovchinnikov, "Advanced numerical study of the three-axis magnetic attitude control and determination with uncertainties," Acta Astronautica, vol. 132, pp. 103-110, 2017.
  13. H. Lee and Y. Kim, "Fault-tolerant control scheme for satellite attitude control system," IET control theory & applications, vol. 4, no. 8, pp. 1436-1450, 2010.
  14. Z. Han, K. Zhang, T. Yang, and M. Zhang, "Spacecraft fault‐tolerant control using adaptive non‐singular fast terminal sliding mode," IET Control Theory & Applications, vol. 10, no. 16, pp. 1991-1999, 2016.
  15. S. Gao, Y. Jing, X. Liu, and G. M. Dimirovski, "Finite‐time adaptive fault‐tolerant control for rigid spacecraft attitude tracking," Asian Journal of Control, vol. 23, no. 2, pp. 1003-1024, 2021.

29 D. Lee and H. Leeghim, "Reaction wheel fault‐tolerant finite‐time control for spacecraft attitude tracking without unwinding," International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol. 30, no. 9, pp. 3672-3691, 2020.

  1. M. E. Grøtte, J. T. Gravdahl, T. A. Johansen, J. A. Larsen, E. M. Vidal, and E. Surma, "Spacecraft attitude and angular rate tracking using reaction wheels and magnetorquers," IFAC-PapersOnLine, vol. 53, no. 2, pp. 14819-14, 2020.

  • تاریخ دریافت 15 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 17 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 30 بهمن 1402