مدل‌سازي ديناميكي و طراحي كنترل وضعيت يك فضاپيما در حضور تلاطم

اين مقاله به مدل‌سازي ديناميك تلاطم سوخت داخل مخزن فضاپيما و تأثير آن بر كنترل فضاپيما پرداخته است. تلاطم ناشي از حركت سوخت موجود در مخزن سيستم پيشران فضاپيما بر كنترل و پايداري آن بسيار تأثيرگذار است. نظربه‌سادگي تحليل معادلات حركت يك جرم متمركز و صلب نسبت به معادلات ديناميك سيال و به دنبال آن كاهش يافتن حجم محاسبات، مي‌توان ديناميك تلاطم سوخت را با يك مدل مكانيكي جايگزين كرد؛ بنابراين در اين پژوهش براي بررسي اثر ديناميك تلاطم سوخت مايع بر كنترل و پايداري فضاپيما، تلاطم سوخت به‌صورت يك سيستم مكانيكي خطي مدل‌سازي شده است. بدين منظور دو مدل جرم‌-فنر و پاندول براي مدل‌سازي ديناميك تلاطم موردبررسي قرار گرفته و پارامترهاي هريك نيز براي شبيه‌سازي مدهاي غالب تلاطم محاسبه گرديده است. به ازاي هر دو مدل جرم‌‌-فنر و پاندول، معادلات ديناميك سيستم خطي سازي شده و سپس با قرار دادن مقادير پارامترهاي فيزيكي هركدام از سيستم‌ها و در نظر گرفتن متغيرهاي حالت و كنترل، معادلات سيستم به فرم فضاي حالت استخراج شده و درنهايت كنترل‌كننده بهينه خطي بر روي آن اعمال گرديد. نتايج پاسخ زماني متغيرهاي حالت در هر دو مدل و همچنين متغيرهاي كنترلي، نشان از پايداري سيستم و كاهش اثر تلاطم در وضعيت ماهواره دارد.