مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی و شناسایی سیستم چرخ عکس‌العملی با استفاده از داده‌های تجربی

نویسندگان
1 مهندسی هوافضا، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران
2 کارشناس ارشد، مهندسی مکاترونیک، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران
3 کارشناس ارشد، مهندسی هوافضا، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران
4 عضو هیات علمی/پژوهشگاه فضایی ایران/ پژوهشکده سامانه‌های ماهواره
چکیده
در این مقاله، مدل دینامیکی خطی یک چرخ عکس‌العملی نمونه با استفاده از داده‌های تجربی شناسایی شده است. بدین منظور اطلاعات ورودی- خروجی چرخ عکس‌العملی در بستر سخت‌افزار در حلقه که شامل چرخ عکس‌العملی، درگاه ارتباطی CAN، برد پردازشی و نرم‌افزار لب‌ویو بوده، بصورت برخط با نرخ یک مگا بیت بر ثانیه ارسال و دریافت شده است. مدل‌سازی با فرض جعبه سیاه بودن مجموعه چرخ عکس‌العملی و مدار کنترلی داخل آن، با در نظر گرفتن ملاحظات آزمون تجربی، انجام شده است. در این راستا ابتدا رفتار چرخ عکس‌العملی با اعمال ورودی‌های سرعت زاویه‌ای و شتاب زاویه‌ای بررسی شده، سپس سیگنال‌های ورودی PRBS و Chirp برای شناسایی مدل چرخ توسط بستر سخت‌افزاری تولید و به چرخ اعمال شده است. داده‌های اعمالی فرمان و بازخورد ذخیره و بعد از بازیابی جهت شناسایی مدل چرخ استفاده شده است. با توجه به رفتار موتور الکتریکی، مدل‌های دینامیکی خطی ARX و ARMAX برای شناسایی مدل چرخ، در نظر گرفته شده و شناسایی برای چند مرتبه مختلف از مدل برای پاسخ سرعت زاویه‌ای انجام شده است. همچنین مرتبه تاخیر مناسب برای سیستم حلقه بسته چرخ و کنترل‌کننده آن بررسی و استخراج شده است. نهایتاً خروجی مدل پیشنهادی به‌ازای یک سیگنال آزمون جدید با خروجی واقعی چرخ مقایسه و مدل پیشنهاد شده بوسیله داده‌های ارزیابی صحت‌سنجی شده است. نتایج مدل ارائه شده عملکرد مناسب مدل پیشنهادی برای بیان رفتار چرخ عکس‌العملی را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling and System Identification of a reaction wheel with experimental data

نویسندگان English

vahid bohlouri 1
samane kaviri 2
Marziye Taghinezhad 3
mohammad Naddafi Pour Meibody 3
Soheil Seyedzamani 4
1 Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran.
2 Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
3 Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
4 Faculty member, Iranian Space Research Center- Satellite Research Institute
چکیده English

In this paper, a linear dynamic model for a reaction wheel is identified using experimental analysis. To do this, online input-output data of reaction wheel is sent and received by CAN protocol working with the frequency of one mega bit per second. The experimental hardware consists of reaction wheel, processing board, CAN protocol, and LabVIEW monitoring. Modeling assumes the reaction wheel and its inner control circuit as a black box and takes into account the practical considerations. Initially, behavior of the reaction wheel is examined using test signals for velocity and acceleration as inputs. After that, the test signals are replaced by Chirp and PRBS signals and the output results are saved. According the results obtained in the tests, ARMAX and ARX linear dynamic models are assigned to the motor and different orders of these models are compared with each other to reach the appropriate order of the models. Furthermore, a delay is also incorporated in the model and its proper order is determined by the simulations. Finally, to validate the proposed model, the outputs of the model and plant are compared followed by exerting a new test signal. The results indicate a good agreement between the proposed model and the practical behavior.

کلیدواژه‌ها English

Reaction Wheel
system identification
Dynamic model
Satellite
Attitude control