بهبود كنترل وضعيت ماهواره با استفاده از كنترل كننده‌ مرتبه كسري در حضور اغتشاشات محيطي

Improving Satellite Attitude Control Performance Using Fractional-Order Controller in the Presence of Environmental Disturbances

در اين مقاله كنترل وضعيت يك ماهواره صلب در حضور اغتشاشات خارجي و با در نظر گرفتن عدم‌قطعيت‌هاي پارامتري با كنترل كننده مرتبه كسري مورد بررسي قرار گرفته است. براي كنترل وضعيت ماهواره از عملگر چرخ عكس‌العملي با مدل ديناميكي مرتبه اول استفاده شده و نامعيني در پارامترهاي ممان اينرسي ماهواره، مدل عملگر و اغتشاشات خارجي لحاظ شده است. به منظور مقايسه‌‌ منصفانه، علاوه بر كنترل كننده مرتبه كسري از كنترل كننده مرتبه صحيح به‌ازاي شرايط يكسان استفاده شده است. حل عددي معادلات حالت با روش اويلر انجام شده و براي حل انتگرال و مشتق مرتبه كسري از تعريف گرانوالد-لتينكوف استفاده شده است. ضرايب كنترل كننده‌هاي مرتبه صحيح و مرتبه كسري توسط روش بهينه‌سازي ازدحام ذرات (PSO) با معيار عملكرد ميانگين مطلق خطاي نشانه‌روي مانور وضعيت بدست آمده است. معيار عملكرد بر حسب انحراف معيار عدم قطعيت‌هاي مذكور مطالعه شده و مقادير فراجهش پاسخ زماني و زمان نشست نيز در مواجهه با اغتشاشات و عدم قطعيت بررسي شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد، كنترل كننده‌هاي مرتبه كسري با داشتن درجه آزادي بيشتر نسبت به كنترل كننده مرتبه صحيح، قابليت افزايش دقت نشانه‌روي در مواجهه با نامعيني‌ها را دارند.

In this paper, attitude control of a rigid satellite in the presence of external perturbations and considering the parametric uncertainties with the fractional order controller is investigated. To control the attitude of the satellite, a reaction wheel actuator with a first-order dynamic model is used and uncertainty is considered in the parameters of the satellite’s moment of inertia, the actuator model and external perturbations. For comparative purposes, in addition to the fractional order controller, the integer order controller is also used. Numerical solution is performed by Euler method, and Granwald-Letinkov definition is used to solve the fractional order integral and derivative. The coefficients of the integer order and fractional order controllers were extracted by the particle swarm optimization method with the performance criterion of mean of absolute value of error. Fractional order controllers have more degree of freedom than integer order controllers due to their more design parameters. Therefore, according to the results, the appropriate performance of fractional order controllers can be seen in overshoot, settling time, and against perturbations and uncertainty in the satellite attitude control.