طراحي سيستم كنترل يكپارچه وضعيت و دماي ماهواره مجهز به عملگرهاي مومنتم سيالي

Design of satellite’s combined attitude and thermal control system equipped with FMC actuators

هدف از اين مقاله، طراحي يك سيستم كنترلي با الگوريتم از پيش طراحي شده براي مصالحه بين كنترل وضعيت و دماي ماهواره مي باشد. بعد از زير سيستم كنترل وضعيت، يكي از مهمترين زير سيستمهاي موجود در ماهوارهها، كنترل دما است. استفاده از يك مكانيزم مؤثر براي از بين بردن حرارت داخلي و يا تنشهاي حرارتي ناشي از طوفان هاي خورشيدي در ماهواره ها امري ضروري است. در اين مقاله از مكانيزم نويني به نام عملگرهاي مومنتم سيالي استفاده شده است. در اين عملگرها همزمان با توليد گشتاور، ميتوان از اين چرخش سيال براي خنك كاري نيز استفاده نمود. در اين پژوهش فرض شده است، دماي داخلي ماهواره در طول ماموريت به شرايط بحراني رسيده و عملگرهاي مومنتم سيالي نيز نمي توانند دماي فعلي ماهواره را به ميزان كافي كاهش دهند. در اين حالت با استفاده از طراحي يك الگوريتم، وظيفه اين دو زيرسيستم با هم تركيب مي شود. بدين منظور، از يك مدل حرارتي براي به دست آوردن دماي شش صفحه ماهواره در هر گام زماني استفاده شده و با استفاده از يك الگوريتم سوئيچينگ به طراحي سيستم يكپارچه پرداخته شده است. اين الگوريتم با يك منطق مؤثر خاص، وظيفه مصالحه بين دو زيرسيستم را به عهده دارد. همچنين در اين طراحي، از كنترلر مود لغزشي براي پايدارسازي سه محوره ماهواره استفاده شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي اين سيستم يكپارچه كنترل وضعيت و دما، نشان ميدهد كه به كمك اين الگوريتم ميتوان ضمن صرفه جويي در توان مصرفي و يكپارچه سازي اين دو زيرسيستم، مديريت دمايي مناسبي را طي يك ماموريت مداري اجرا نمود.

The purpose of this paper is to design a control system with a pre-designed algorithm in order to reach a compromise between satellite attitude and thermal control systems. In addition to the indispensable attitude control system, a thermal control system (TCS) is regarded as a substantial subsystem in any given satellite. The latter is commonly used to effectively reduce the internal heat and/or the thermal tensions caused by solar radiations. In this paper, a novel actuators known as fluid momentum controllers (FMCs) have been utilized to simultaneously produce control torques and develop a cooling mechanism by circulating liquid through a ring. In this research, it has been assumed that the satellite’s internal temperature has reached a critical level to the extent that the FMCs are not able to reduce this temperature sufficiently. In such a case, it is possible to mitigate this problem using a combination of both attitude and thermal control subsystems (CATCS). To accomplish this, a thermal model has been employed to yield the temperature of all six sides of the satellite at each time step and a switching algorithm to design an integrated system. This algorithm uses a particular decision making logic to realize the reconciliation of the two subsystems. Also, a sliding mode controller has been used for the three axis stabilization of the satellite. Simulation results of the integrated attitude and thermal control system indicate that it is possible to conduct an appropriate temperature control while saving power and integrating the two subsystems.