طراحي كنترل‌كننده همزمان وضعيت و نرخ چرخش ماهواره سنجش از دور به روش تطبيقي نظارتي

Design of Synchronous Attitude and Rate Control for Remote Sensing Satellite based on Supervisory Adaptive Control Method

در اين مقاله كنترل‌ وضعيت ماهواره سنجش از دور نمونه با ماموريت تصويربرداري مطرح مي‌شود. ماهواره نمونه در مدار بيضوي شكل ارتفاع پايين قرار گرفته و داراي دو پنل بازشونده در دو وجه خود است. همچنين براي رسيدن سطوح خود به تعادل دمايي حول محور عمودي بدني با نرخ ثابتي مي‌چرخد. مشخصات مداري و فيزيكي ماهواره باعث اعمال اغتشاش آيروديناميكي بزرگ و متغيري به ماهواره مي‌شود. براي اين منظور الگوريتم كنترل وضعيتي بر اساس كنترل تطبيقي نظارتي طراحي مي‌شود تا در حضور عدم قطعيت‌هاي پارامتري،‏ ديناميك‌هاي غيرخطي،‏ اغتشاش متغير و توان محدود قادر به كنترل همزمان وضعيت و نرخ چرخش ماهواره در مود كنترل نرخ چرخش و نشانه‌روي به سمت زمين و تصويربرداري باشد.در ساختار كنترل تطبيقي نظارتي يك ناظر سطح بالا كه بر مبناي منطق فازي عمل مي‌كند،‏ با توجه به مشخصه‌هاي كنترل‌كننده‌هاي سطح پايين سهم اشتراك هر يك از آن‌ها را تعيين مي‌كند. كنترل‌كننده‌هاي سطح پايين شامل كنترل‌كننده بر مبناي ديناميك معكوس و كنترل‌كننده تطبيقي است. با به كارگيري اين راهكار مي توان از مزاياي كنترل كننده هاي سطح پايين بهره مند شد. با توجه به اينكه سينماتيك ماهواره مستقل از ترم كنترل است،‏ ساختار كنترل كننده معرفي شده از دو حلقه‌ تشكيل شده است. در حلقه‌ي داخلي سرعت بر اساس قوانين كنترل تطبيقي نظارتي كنترل شده و در حلقه‌ي خارجي با استفاده از دنبال‌كننده مدل وضعيت،‏ وضعيت مطلوب ماهواره كنترل مي‌شود. ارزيابي عملكرد كنترل كننده طراحي شده در حضور سيستم نظارتي و بدون حضور سيستم نظارتي مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفته است.

The purpose of this paper is design of a three axis attitude control algorithm for sample remote sensing satellite. According to the orbital and physical characteristics of sample satellite, three attitude control algorithms are designed. These algorithms can simultaneously control the satellite’s attitude and its rotational rate in the presence of parametric uncertainties, unknown and nonlinear dynamics and variable disturbances. The proposed structure provides the possibility of designing reduced order control system and increases stability and robustness of system against the uncertainties. The first algorithm is inverse dynamic based control which is nonlinear and static control method. Second algorithm is designed based on adaptive control principal. This way has the capability to control satellite in the presence of uncertainties. In this method, when the value of angular velocity is large, the magnitude of control effort is high. This property results in increased power consumption and actuator saturation. On the other hand, the adaptive control algorithm in some conditions becomes unstable. So using this method is only suitable for pointing and imaging mode.Thus,in the structure of supervisory adaptive control, a high level supervisor which works based on fuzzy logic determines the contribution of low level controllers according to the characteristics of them. In this control algorithm, accuracy is higher than the tow algorithms that were introduced above, while controlling torque will be less. This approach avoid the saturation of actuators while have the advantages of other two algorithms are presented as well.