مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی کنترل کننده LQG/LTR برای کنترل وضعیت ماهواره زمین آهنگ با استفاده از مدل کاهش‌یافته کواترنیون‌ها

نویسندگان
1 استادیار دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران
2 دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران
3 استادیار دانشکده مکانیک دانشگاه شریف
چکیده
در این مقاله به طراحی کنترل‌کننده LQG/LTR برای کنترل وضعیت ماهواره زمین آهنگ در فاز نامی پرداخته می‌شود. طراحی مد نظر از سه بخش طراحی رگولاتور LQR، فیلتر کالمن توسعه یافته و بخش LTR تشکیل می‌شود. طراحی کنترل‌کننده براساس مدل خطی ماهواره و با استفاده از مدل کاهش‌یافته کواترنیون‌ها انجام می-شود. مدل کاهش‌یافته کواترنیون‌ها مشکل عدم کنترل‌پذیری سیستم، در زیرفضاهای غیر قابل کنترل مدل کامل، را حل می‌کند. عملگر مورد استفاده در این مقاله چرخ عکس‌العملی و حسگرهای مد نظر، حسگر خورشید و زمین هستند. روش LQR روشی ایده‌آل محسوب می‌شود و نویز موجود در مدل و حسگرها را لحاظ نمی-کند. از اینرو، از فیلتر کالمن توسعه یافته برای تخمین حالت‌های آغشته به نویز استفاده کرده و بر اساس حالت‌های تخمینی کنترل‌کننده‌های LQG و LQG/LTR طراحی می‌شود. ضرایب بهره کنترل‌کننده‌ها نیز بر اساس مدل کاهش‌یافته کواترنیون‌ها حول نقطه تعادل و با در نظر گرفتن فرکانس حلقه بسته سیستم بدست می-آیند. به‌منظور مقاوم کردن کنترل‌کننده در برابر اغتشاشات ناشی از تشعشعات خورشیدی، مقادیر تکین کنترل‌کننده LQG را در بخش LTR به سمت فیلتر کالمن میل می‌دهیم. نتایج نشان می‌دهد که کنترل‌کننده LQG/LTR عملکرد بهتری نسبت به کنترل‌کننده LQG داشته و محدوده مقاومت مناسبی در برابر اغتشاشات ایجاد می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design of LQG/LTR controller for attitude control of geostationary satellite using reduced quaternion model

نویسندگان English

Amirreza Kosari 1
Mehdi Peyrovani 2
Mahdi Fakoor 1
Hossein Nejat 3
2 Department of New Sciences and Technologies, University of Tehran
3 Assistant professor; Mechanical Engineering Department, Sharif University of Technology
چکیده English

In this paper, a LQG/LTR controller is proposed for attitude control a geostationary satellite at nominal phase. Basically, proposed methodology includes three parts: LQR regulator, EKF, and loop transfer recovery. Controller design is based on the linearized equations of the spacecraft dynamics using reduced quaternion model. Reduced quaternion model solve uncontrollable problem in some subspaces in the linearized state space quaternion model using all four components of quaternion. Spacecraft actuators are reaction wheels and attitude determination sensors are sun and earth sensors. LQR controller is ideal and it doesn’t account for the model uncertainty and sensor noise and it uses the feedback of the full states. To consider the model uncertainty and sensor noise, we have designed EKF which is used by LQG and LQG/LTR controllers. Controller gain coefficients are obtained using a reduced quaternion model, and based on linearization around the equilibrium point and the natural frequency of the closed loop system. To increase the robustness of the design with respect to solar radiation disturbance, singular values of LQG are approximated to Kalman filter, in LTR section. The results demonstrate that LQG/LTR performance is better than LQG’s and LQG/LTR has a good robust stability margin with respect to disturbances.

کلیدواژه‌ها English

LQG/LTR
Geostationary satellite
Attitude control
controllability
reduced quaternion model