كنترل وضعيت تحمل‌پذير عيب براي يك ماهواره با چهار چرخ عكس العملي

Fault Tolerant Attitude Control for a Satellite with Four Reaction Wheel

در اين مقاله، يك روش كنترل تحمل پذير غيرفعال براي رديابي وضعيت ماهواره با درنظر گرفتن اغتشاشات خارجي، نامعيني ماتريس اينرسي و عيب عملگرهاي چرخ عكس‌العملي پيشنهاد شده است. براي رسيدن به اين هدف، روش مدلغزشي نهايي سريع اصلاح‌شده بدليل مقاومت آن در برابر نامعيني-هاي مدل نشده و طراحي روش كنترل براي مدل غيرخطي سيستم مورد استفاده قرار گرفته است. متغير سطح لغزش طوري انتخاب شده است تا از تكينگي دوري كرده، در زمان محدودي به صفر همگرا شود و همچنين پديده چترينگ كاهش يابد. پايداري و همگرايي زمان محدود متغيرهاي وضعيت نيز توسط روش لياپانوف توسعه‌يافته به اثبات رسيده است. به‌منظور افزايش دقت كنترلر طراحي‌شده نيز مدل ديناميكي عملگرهاي مذكور موردتوجه قرار گرفته است. در نهايت به‌منظور بررسي عملكرد روش پيشنهادي، شبيه‌سازي بر روي يك ماهواره با چهار چرخ عكس العملي و تحت شرايط ذكر شده انجام پذيرفته است. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه روش پيشنهادي مي‌تواند با وجود رخداد عيب پايداري سيستم را حفظ كرده و تحت شرايط مختلفي متغيرهاي وضعيت را در زمان محدودي به مقدار مطلوب خود همگرا كند و همچنين سيگنال كنترلي بدون چترينگ توليد كند.

In this paper, a passive fault tolerant control method is proposed for the satellite attitude tracking in the presence of external disturbances, the inertia matrix uncertainties, and reaction wheel faults. To achieve this goal, a modified fast terminal sliding model approach is used due to its robustness against the un-modeled uncertainties and being suitable for the nonlinear system model. The sliding surface variable is chosen to avoid singularity, converge to zero in a finite time, and also reduce the Chatting phenomenon. The stability and finite time convergence of the attitude variables are also demonstrated by the extended Lyapunov method. In order to increase the accuracy of the designed controller, the dynamic model of the mentioned actuators is considered. Finally, in order to evaluate the performance of the proposed method, the simulation is performed on a satellite with four reaction wheels under the mentioned conditions. The results show that the proposed method can maintain the stability of the system despite the occurrence of actuator faults, and it makes the state variables converge to the desired trajectories in a finite time and also produce chattering-free control signals.