روش جديد پايدارسازي سه محوره با تراستر افزونه براي يك ‌ماهواره مكعبي با عملگر‌هاي چرخ عكس‎العملي

A novel 3- axis attitude stabilization with redundant thruster for a cube-satellite supported by reaction wheels

در اين مقاله، امكان دستيابي به پايدارسازي وضعيت ماهواره در صورت از كار افتادن يك يا چند چرخ عكس‌العملي با استفاده از تنها يك عملگر تراستر به عنوان جبران ساز مورد بررسي قرار گرفته است. در اين روش گشتاورهاي كنترلي با استفاده از يك مكانيزم تراستر دوراني دو درجه آزادي توليد مي‌شوند. در اثر از كار افتادن چرخ‌هاي عكس‌العملي، زواياي گيمبال مكانيزم تراستر به عنوان ورودي‌هاي كنترلي به سيستم افزوده مي‌شوند. الگوريتم كنترل‌كننده بر اساس معادلات ديناميك و سينماتيك حركت ماهواره در حضور اغتشاشات توسعه يافته است بطوريكه پايدارسازي سه محوره وضعيت يك ماهواره در مدار ارتفاع پايين كه در معرض اغتشاشات قرار دارد توسط سه عملگر چرخ عكس‌العملي نصب شده در هر راستا انجام شده است. گشتاورهاي اغتشاشي وارد بر ماهواره شامل گشتاورهاي گراديان جاذبه، فشار تابش خورشيدي و آيروديناميك مي‌باشد. براي آموزش كنترل‌كننده هوشمند نورو فازي در ابتدا از كنترل‌كننده پي آي دي استفاده شده است. شبيه سازي‌هاي عددي نشان مي‌دهد كه روش كنترلي پيشنهادي براي پايدارسازي وضعيت ماهواره در حضور اغتشاشات، نتايج قابل قبولي دارد و افزودن يك عملگر تراستر به سيستم به عنوان جبران ساز، قابليت اطمينان را در انجام ماموريت‌هاي فضايي بالا مي‌برد و در صورت از كار افتادن حتي دو چرخ عكس‌العملي، مكانيزم تراستر با دقت بالايي وارد سيستم كنترلي شده و پايداري ماهواره را در شرايط مطلوب حفظ و كنترل مي‌كند.

In the present study, a new attitude stabilization concept has been investigated for a satellite considering failure in one or more reaction wheels. In this approach control torques could be generated using only one thruster mounted on a two axis gimbal mechanism. In the other word, in the absence of reaction wheel(s), control torques are generated by applying a thruster rotating mechanism which can be turned around two axes by thruster vector. If any failure happened in reaction wheels, gimbal angles mechanisms will be added to the system as input controlling. Controller algorithm based on dynamic and kinematic equations of the satellite’s motion, has been developed in the presence of disturbances. Threeaxis stabilization of the attitude in a LEO orbit satellites under disturbances has been executed by applying three reaction wheel actuators to produce torque in each direction. Disturbance torques that are commonly applied to the satellites are gravity gradient, solar radiation pressure and aerodynamics. For training the intelligent neurofuzzy controller, PID controller is employed. Numerical simulations show that, the recommend controlled method have acceptable results (in the presence of disturbances) and adding of a thruster actuator to the system as a redundancy, could enhance the space missions reliability and if any fault happened in the operation of reaction wheels, thruster mechanisms come in to control system , accurately, and sustained satellite stability at desirability attitude.