عنوان پایان‌نامه
طراحی کنترلر فازی تطبیقی برای عملیات لنگرگیری فضایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا فضا -مهندسی فضایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69927
- تاریخ دفاع
- ۳۰ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- هادی جهانشاهی
- استاد راهنما
- امیر رضا کوثری
- چکیده
- در این تحقیق به طراحی دو کنترلر فازی-پی¬آی¬دی و فازی-پی¬آی¬دی تطبیقی برای یک مانور لنگرگیری فضایی بین دو سفینه که شامل دو فاز حرکت انتقالی و حرکت چرخشی می¬باشد، پرداخته شده است. معادلات حاکم بر فاز انتقال، معادلات کلاسی-هیل-ویلشیر در دستگاه عمودمحلی-افق¬محلی می¬باشند. در طراحی کنترلر فازی، دو موتور استنتاج فازی مورد استفاده قرار گرفته¬اند. موتور استنتاج فازی تک ورودی اولین موتور مورد استفاده است که با توجه به تک¬ورودی بودن آن، بایستی برای هر متغیر حالت یک موتور استنتاج تک¬ورودی مورد استفاده قرار گیرد. موتور استنتاج فازی دیگر، موتور استنتاج فازی رجحان¬دهنده است که درجه اهمیت هر متغیر حالت را مشخص می¬کند و نقش یک کنترلر ناظر را ایفا می¬کند. تطبیقی¬نمودن کنترلر فازی-پی¬آی¬دی به¬وسیله تعریف سطوح لغزشی و مفاهیم کنترل مود لغزشی جریان می¬یابد و بدین طریق پراکندگی¬های ایجاد شده در کنترل فازی-پی¬آی¬دی جبران می¬شود. نیروی کنترل نهایی اعمال¬شده بر سیستم در این مورد، از مجموع کنترلر ناظر و کنترلر فازی-پی¬آی¬دی تطبیقی طراحی¬شده حاصل می¬شود. این کنترلرها حرکت انتقالی و چرخشی یک ماهواره تعقیب¬کننده را در یک عملیات لنگرگیری فضایی که قصد هم¬مکان¬سازی با یک هدف غیرچرخان پایدار را دارد، هدایت و تنظیم می¬کند. اهداف بهینه¬سازی که در تضاد یک¬دیگر هستند، خطاهای جابه¬جایی از نقطه تعادل، خطاهای زاویه¬ای از نقطه تعادل و تلاش¬های کنترلی برای کنترل سفینه تعقیب¬کننده در راستاهای مورد نظر هستند و قید بهینه¬سازی، حداکثر نیروی کنترلی است. در کنترلر فازی-پی¬آی¬دی، نقاط بهینه که به¬وسیله الگوریتم ژنتیک حاصل می¬شوند، به¬وسیله نمودارهای سه¬بعدی داده شده¬اند. در بین تمامی نقاطی که در این نمودارها ارائه شده¬اند، نقطه¬ای که به بهترین نتیجه ممکن منتج می¬شود، از طریق سعی و خطا محاسبه می-شود. نمودارهای موقعیت مکانی، موقعیت زاویه¬ای، سرعت، سرعت زاویه¬ای و نیروهای کنترلی مربوط به این نقطه و نقاطی که بهترین نتایج مربوط از نظر هر تابع هدف را دارند، رسم شده¬اند. نتایج حاصله، نشان از برتری کنترلرهای طراحی¬شده نسبت به موارد مشابه را دارد.
- Abstract
- Abstract: This Thesis is dedicated to design of two Fuzzy-PID and Adaptive Fuzzy-PID controllers based on Genetic Algorithm for space docking maneuver of two spacecraft which is consist of two motion phases: translation and orientation. To derive governing equation of translation phase, Chlossy-Hill-Whishier equations in Local Vertical-Local Horizontal frame are used. In design of fuzzy controller, two fuzzy inference motors are utilized. Single input fuzzy inference motor is used as the first motor and considering its single input, a single input inference motor should be used for each state variable. Another inference motor is the Preferrer inference motor which represents the control priority order of each state variable and plays as an observer controller. By defining sliding surfaces and sliding mode control principles, the process of making fuzzy-PID controller adaptive is fulfilled thereby the resulting chattering in fuzzy-PID control is compensated. In this case, sum of the observer controller and the designed adaptive fuzzy-PID controller, applied final control force of the system is achieved. These controllers is applied for translation and orientation motion of a chaser spacecraft in space docking manoeuvre which intended to capture a stabilized non-tumbling target. The conflicting objective functions are distance errors from the set point, angle errors from the set point and control efforts for the chaser spacecraft in corresponding directions and Optimization constraint is maximal of the thrust force. In fuzzy-PID controller, optimum points obtained by genetic algorithm are given through 3D Pareto frontiers. Among all the best possible points, the best one which leads to the best result is achieved by trial and error. Position, angular position, velocity, angular velocity and driving force correspond to this point and the points which have the best results related to each objective are plotted. Compared to similar cases, results demonstrate the priority of designed controller. Keywords: space docking maneuver, Adaptive Fuzzy-PID controller, translation motion, orientation motion
