كنترل مقاوم پرواز گروهي ماهواره‌ها در قالب ساختار مجازي

Robust Control of spacecraft formation flying via virtual structure

در اين مقاله به طراحي كنترل كننده براي گروهي از ماهواره ها در قالب الگوريتم مجازي پرداخته مي شود. در پرواز گروهي ماهواره ها به جاي استفاده از يك ماهواره از چندين ماهواره كوچكتر براي رسيدن به هدفي يكسان استفاده مي شود. در آرايش گروهي مجازي موقعيت هر ماهواره، در هر لحظه نسبت به يك نقطه مجازي سنجيده مي شود. جهت كنترل موقعيت پرواز ماهواره ها از دو روش كنترل مقاوم استفاده شده است. روش اول طراحي، كنترل كننده سنتز µ است كه در برابر نويز، اغتشاش و عدم قطعيت هاي پارامتريك مقاوم بوده اما هزينه محاسباتي زيادي دارد. روش دوم طراحي، كه به شكل استاندارد مسيله بهينه سازي در آمده، از تلفيق كنترل كننده پسخوراند حالت و تيوري لياپانوف حاصل مي شود. اين روش به عنوان يك نامساوي ماتريسي خطي، از لحاظ محاسبات عددي بسيار كارآمد و نسبت به برخي از اغتشاش ها مقاوم است. با پياده سازي اين كنترل كننده ها بر روي مركز مجازي، علاوه بر بهبود نتايج و تضمين پايداري، عملكرد مورد نظر نيز حاصل گشت. همچنين در طراحي، محدوديت عملگرهاي ماهواره نيز در نظر گرفته شد و نتايج شبيه سازي بر روي ماهواره ها، توانايي كنترل كننده هاي ذكر شده را در رديابي وضعيت مطلوب با وجود نامعيني در سيستم نشان مي دهد.

In this paper, the spacecraft formation flying using virtual structure algorithm is studied. In spacecraft formation flying, several small spacecraft have been used instead of employing a single one to achieve the same goal. In virtual structure method, the position and orientation of each spacecraft is measured with respect to position and attitude of a virtual node in every moment. Two robust control methods are proposed to control formation. At first, the robust ? synthesis control method is used to attenuate the influence of the sensor noises, environment disturbances and parametric uncertainties but it is done with heavy computations. The second method is in the standard form of optimization problem. It is composed of state feedback controller and Lyapanov stability theory. The Linear Matrix Inequality (LMI) controller computations are very efficient and the controller is robust against parametric uncertainties and most of the disturbances. The implementation of control methods on virtual node guarantees robust stability and performance. Concerning actuator constraints, simulation example is provided to show the effectiveness of the proposed control schemes to track the desired attitude and position trajectories despite system uncertainties.