مدل سازي و كنترل تلاطم سوخت و اثر آن روي وضعيت فضاپيما

Modeling and Control of Fuel Sloshing and its Effect on Spacecraft Attitude

سوخت موجود درمخزن فضاپيما در حين انجام مانور مداري دچار پديده تلاطم مي­شود و اين پديده روي وضعيت فضاپيما اثر نامطلوبي مي‌گذارد. بنابراين بايد قبل از انجام مانور­هاي مداري تلاطم سوخت مدل­سازي و روشي مناسب براي كنترل آن انتخاب شود. در اين مقاله به مدل‌سازي ديناميك تلاطم با استفاده از مدل دو پاندولي در فضاي دو بعدي پرداخته شده است. مانور فضاپيما و حركت پاندول­ها در صفحه در نظر گرفته شده و بنابراين سيستم فضاپيما و پاندول­ها سيستمي پنج درجه آزادي خواهد شد. براي پايدار سازي معادلات ديناميكي سيستم معرفي شده هم از كنترلر­هاي خطي (كلاسيك و LQR) و هم از كنترلر­هاي غيرخطي (لياپانوف و فازي) استفاده شده است، كه البته براي استفاده از كنترلر­هاي خطي معادلات ديناميكي با استفاده از تقريب مناسب خطي شده­اند. نتايج شبيه سازي موفقيت آميز بودن كنترلر­هاي طراحي شده بر روي وضعيت فضاپيما و پاندول­ها را نشان مي‌دهد.

Sloshing phenomenon in spacecraft fuel tank during orbital maneuver, causes adverse effects on spacecraft attitude. Therefore, before orbital maneuvers, modeling fuel sloshing and determining appropriate method for controlling it has to be carried out. The aim of this paper is to model slosh dynamics by using double pendulum model in two-dimensional space. Spacecraft maneuver and pendulums motion are considered in 2D-coordinate, so coupled spacecraft and pendulums dynamic system are 5 degrees of freedom systems. Here, linear control methods (PD and LQR), and also nonlinear control methods (Lyapunov and fuzzy) are determined to stabilize dynamic parameters of the introduced system. Simulation results show that designed controllers have good performance to achieve stabilization of the parameters.