مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

استفاده از بستر یاتاقان هوایی و عملگر رانشگر گاز سرد برای شبیه‌سازی دینامیک وضعیت ماهواره

نویسندگان
1 دانشگاه خواجه نصیر
2 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
ارائه روندنمای طراحی و ساخت شبیه‌ساز دینامیک وضعیت ماهواره که به‌منظور صحت‌سنجی الگوریتم‌های کنترلی موجود، توسعه روش‌های کنترلی جدید، تست زیرسامانه-های ماهواره و آموزش کاربران در حوزه پایداری و کنترل وضعیت سامانه‌های فضایی به‌کار گرفته می‌شود، هدف این پژوهش است. این شبیه‌ساز دمبلی‌شکل، بر پایه یک یاتاقان هوایی تمام‌کروی قرار گرفته و می‌تواند بستر کاملا بدون اصطکاک و گشتاورآزاد را برای شبیه‌سازی محیط عملکردی فضاپیما ایجاد نماید. مجموعه رانشگرهای گاز سرد، حسگر وضعیت، پردازشگر مرکزی، مکانیزم‌های بالانس،واحد تامین انرژی و یاتاقان هوایی زیرسامانه‌های اصلی این شبیه‌ساز هستند که در تعامل با یکدیگر، امکان انجام تستهای عملیاتی بر روی آن را فراهم می‌نمایند. استخراج ساختار طراحی همه‌جانبه این سامانه و کلیه زیرسامانه‌های آن،که قیود ماموریتی، الزامات عملکردی و محدودیت‌های شبیه‌سازی بر روی زمین را لحاظ کرده باشد، امری پیچیده و زمان‌بر بوده و نیازمند درنظرگرفتن ارتباطات گسترده زیرسامانه‌ها است.لذا در این مقاله، ضمن استخراج ماتریس ارتباط متقابل زیرسامانه‌ها، روندنمای طراحی و ساخت هریک از آن‌ها مورد اشاره قرار خواهد گرفت. در ادامه، نحوه مدل‌سازی ریاضی حرکت وضعی شبیه-ساز با استفاده از عملگر رانشگرهای گاز سرد که در مود روشن-خاموش کار می‌کنند، مورد بررسی قرار خواهد گرفت و معادلات استخراج‌شده برای بالانس سامانه به‌کمک خروجی‌های حسگر، ارائه خواهد شد. در انتها نیز نتایج برخی از تست‌های عملیاتی که با استفاده از این شبیه‌ساز انجام پذیرفته است،مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Using Air-Bearing Based Platform and Cold Gas Thruster Actuator for Satellite Attitude Dynamics Simulation

نویسندگان English

Mehran Mirshams 1
Hojat Taei 2
Mehdi Ghobadi 2
Hassan Haghi 2
Ghasem Sharifi 2
چکیده English

This article describes the details in design and development of a satellite attitude dynamics simulator that is used to validate control algorithms, improve novel control methods, verify the operation of available actuators or sensors and exhibit the fundamentals of attitude dynamics to students or experts. This dumbbell style simulator is based on a spherical air-bearing and is able to produce a frictionless and torque-free environment for simulating spacecraft operational environment. The facility includes a variety of subsystems such as: cold-gas propulsion subsystem, inertial measurement unit, power-supply unit, on-board processor and semi-automatic mass balancing mechanism. The overall design of this system was pretty complicated especially when considering the mission requirements, operating constraints and functional limitations imposed by the ground-based simulation, thus, a detailed design procedure has been deployed and also, this procedure has been performed accurately. An explanation about dynamic equations of motion of simulator with on-off thrusters, software-based simulation, applying reliable control algorithm and balancing methodology is the next part of this article. Finally, the results of the realistic maneuvers of this satellite simulator are presented and investigated in detail.

کلیدواژه‌ها English

Cold Gas Thruster
Attitude Dynamics
Air-Bearing
Satellite Simulator