كنترل پيش‌بين بدون مدل و تحمل‌پذير عيب براي حركت نسبي وضعي-انتقالي فضاپيما

Model-Free Predictive Fault-Tolerant Control for Spacecraft Roto-Translational Relative Motion

در اين مقاله، مسيله كنترل توامان وضعيت و موقعيت نسبي فضاپيما درحضور عيب عملگر، مورد بررسي قرار گرفته است. پس از تبيين ضعف و محدوديت مدل‌هاي موجود و رويكردهاي كنترلي مبتني بر آن‌ها، صورت‌بندي جديدي از حركت نسبي فضاپيما ارايه گرديده است. آن‌گاه چارچوب كنترل پيش‌بين زيرفضاپايه، كه يك رويكرد بدون مدل قدرتمند است، در ابعاد چندي گسترش داده شده است، كه عبارتند از كنترل تطبيقي غيرخطي، تحمل‌پذيري نسبت به عيوب ناگهاني و تخصيص كنترل. بر اساس اين چارچوب تعميم يافته، سه كنترل‌كننده داده محور تحمل‌پذير عيب مجزا براي كنترل فرآيندهاي جفت‌شده، غيرخطي و متغير با زمان، توسعه داده شده است. از منظر تشخيص عيب، تنها الزام ساختار كنترلي ارايه شده، آشكارسازي زمان وقوع عيوب است. به‌علاوه، يك قابليت دروني تشخيص عيب داده محور معرفي گرديده است كه ساختار كنترلي را كاملا خودبسنده خواهد نمود. كنترل‌كننده‌هاي سه‌گانه، سپس براي حل مسيله پيش‌گفته طراحي گرديده اند و كارايي آن‌ها از طريق يك سناريوي شبيه‌سازي چندبعدي، صحه‌گذاري گرديده است.

The problem of jointly controlling relative attitude and position of spacecraft in the presence of actuator fault is investigated in this paper. Following a description about drawbacks and limitations of the existing models and the control approaches based on them, a new formulation of the spacecraft relative motion is provided. Subsequently, the subspace predictive control framework, which is a powerful model-free approach, is extended in several dimensions, that is, adaptive nonlinear control, tolerance against abrupt faults and control allocation. Based on this generalized framework, three distinct data-driven fault-tolerant controllers for coupled, nonlinear and time-variant plants are developed. From the viewpoint of fault diagnosis, the only requirement of the control structure is to detect the occurrence time of faults. Furthermore, an internal data-driven fault diagnosis capability is introduced, which makes the control structure completely self-sufficient. The three controllers are then designed to solve the aforementioned problem, and their efficiency are verified via a multidimensional simulation scenario.