علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

رویکرد فازی-عصبی تحمل‌پذیرِ خطا در کنترل انتقال مداری ماهواره تحت تأثیر خطاهای رانشگر اثر هال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تبریز
2 پژوهشکده رانشگرهای فضایی
چکیده
عملیات انتقال مداری، به‌ویژه در مدارهای نزدیک به زمین، برای موفقیت مأموریت‌های فضایی از اهمیت بالایی برخوردار است. این عملیات در جایابی دقیق ماهواره‌ها، اجرای مأموریت‌های علمی و پشتیبانی از کاربردهای مختلف نظیر ارتباطات و سنجش از دور نقش کلیدی دارد. رانشگرهای الکتریکی، به‌ویژه نوع اثر هال، به دلیل کارایی بالا و بهره‌وری سوخت، گزینه‌ای مناسب برای این مأموریت‌ها محسوب می‌شوند. با این ‌حال، بروز مشکلات در این نوع رانشگرها، مانند ناپایداری‌های پلاسما یا کاهش رانش، چالش‌های مهمی ایجاد می‌کند که بر دقت و عملکرد تأثیر می‌گذارد. در این پژوهش، یک کنترل‌کننده فازی-عصبی تحمل‌پذیر خطا برای انجام عملیات انتقال مداری در شرایط وقوع خطا طراحی شده است. قوانین این سیستم فازی با استفاده از شبکه‌های عصبی بهینه‌سازی و ارزیابی شده و عملکرد آن در شرایط مختلف اغتشاش محیطی مانند نیروی جاذبه و تابش خورشیدی بررسی شده است. یافته‌ها نشان می‌دهند که این کنترل‌کننده قادر است به‌طور مؤثر خطاها را جبران کرده و عملیات انتقال مداری را با دقت و پایداری بالا اجرا کند. این رویکرد نوآورانه اطمینان و بهره‌وری مأموریت‌های فضایی را در وضعیت‌های غیرمنتظره بهبود می‌بخشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]    Y. Xu, "Robust fault-tolerant attitude control of spacecraft using hybrid actuators," Aircraft Engineering and Aerospace Technology, vol. 94, no. 5, pp. 649-666, 2022.
[2]    M. N. Hasan, M. Haris, and S. Qin, "Fault-tolerant spacecraft attitude control: A critical assessment," Progress in Aerospace Sciences, vol. 130, p. 100806, 2022.
[3]    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.
[4]    M. Leomanni, G. Bianchini, A. Garulli, and A. Giannitrapani, "A class of globally stabilizing feedback controllers for the orbital rendezvous problem," International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol. 27, no. 18, pp. 4607-4621, 2017.
[5]    S. Ueda and A. Noumi, "Precise rendezvous guidance in low earth orbit via machine learning," in 2019 SICE International Symposium on Control Systems (SICE ISCS), 2019, pp. 27-32: IEEE.
[6]    E. Jahanbazi, F. Jahangiri, and M. R. Mohammadi, "Neural Network based Fault Tolerant LQR Control for Orbital Maneuvering in LEO Satellites using Hall Effect Thrusters," AUT Journal of Modeling and Simulation, vol. 55, no. 1, pp. 171-182, 2023.
[7]    M. Zarourati, M. Mirshams, and M. Tayefi, "A review on underactuated attitude control of reaction wheel actuated satellites," Journal of Space Science and Technology, vol. 18, no. 2, pp. 83-119, 2025.
[8]    M. Tavakoli and N. Assadian, "Model predictive orbit control of a low earth orbit satellite using Gauss’s variational equations," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, vol. 228, no. 13, pp. 2385-2398, 2014.
[9]    A. Weiss, U. V. Kalabić, and S. Di Cairano, "Station keeping and momentum management of low-thrust satellites using MPC," Aerospace Science and Technology, vol. 76, pp. 229-241, 2018.
[10] M. Mansoury, M. A. Badamchizadeh, and H. Kharrati, "Stochastic Model Predictive Control Based on Online Learning for a Class of Nonlinear Constrained Systems," in 2024 32nd International Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2024, pp. 1-7: IEEE.
[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, vol. 138, p. 108337, 2023.
[12] P. Gurfil, "Milankovitch–Lyapunov Geostationary Satellite Stationkeeping," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 47, no. 11, pp. 2418-2425, 2024.
[13] D. Losa, M. Lovera, R. Drai, T. Dargent, and J. Amalric, "Electric station keeping of geostationary satellites: a differential inclusion approach," in Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, 2005, pp. 7484-7489: IEEE.
[14] D. Izzo, M. Märtens, and B. Pan, "A survey on artificial intelligence trends in spacecraft guidance dynamics and control," Astrodynamics, vol. 3, no. 4, pp. 287-299, 2019.
[15] M. Zarourati, M. Mirshams, and M. Tayefi, "Active underactuation fault‐tolerant backstepping attitude tracking control of a satellite with interval error constraints," Advanced Control for Applications: Engineering and Industrial Systems, vol. 6, no. 3, p. e215, 2024.
[16] S. Ghaemi, A. Aran, M. Mansoury, and J. Katebi, "Designing a fuzzy-based hybrid control system to reduce structure vibration using rooftop tank and MR damper," Journal of Civil and Environmental Engineering, 2025.
[17] B. Huo, Y. Xia, L. Yin, and M. Fu, "Fuzzy adaptive fault-tolerant output feedback attitude-tracking control of rigid spacecraft," IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, vol. 47, no. 8, pp. 1898-1908, 2016.
[18] C. Tan, G. Xu, L. Dong, H. Zhao, J. Li, and S. Zhang, "Neural Network‐Based Finite‐Time Fault‐Tolerant Control for Spacecraft without Unwinding," International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2021, no. 1, p. 9269438, 2021.
[19] A. Attar, M. A. Badamchizadeh, and S. Ghaemi, "Designing Of Type-2 Fuzzy Formation Controller For A Class Of Nonlinear Multiagent System Using JAYA Algorithm," in 2024 32nd International Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2024, pp. 1-8: IEEE.
[20] G. Bianchini, A. Garulli, A. Giannitrapani, M. Leomanni, and R. Quartullo, "Learning-based Parameter Optimization for a Class of Orbital Tracking Control Laws," The Journal of the Astronautical Sciences, vol. 71, no. 1, p. 10, 2024.
[21] 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.
[22] 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, no. 7, pp. 1259-1268, 2020.
[23] A. Garulli, A. Giannitrapani, M. Leomanni, and F. Scortecci, "Autonomous low-Earth-orbit station-keeping with electric propulsion," Journal of guidance, control, and dynamics, vol. 34, no. 6, pp. 1683-1693, 2011.
 
دوره 6، شماره 1
مهر 1405
صفحه 91-102

  • تاریخ دریافت 25 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 22 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 01 دی 1404