عنوان پایان‌نامه
طراحی زیرسیستم کنترل وضعیت یک ماهواره مکعبی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا فضا - دینامیک پرواز و کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72862;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72862
- تاریخ دفاع
- ۱۱ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- علیرضا ستارزاده
- استاد راهنما
- مهدی فکور ثقیه
- چکیده
- در این پژوهش، به طراحی کنترل کننده جدیدی در کنترل وضعیت ماهواره در مدار ارتفاع پایین در فاز نامی پرداخته می شود. با توجه به اهمیت زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره، فعالیت این زیرسیستم بایستی در طول مدت عمر مفید ماهواره ادامه داشته باشد، چرا که از دست دادن کنترل وضعیت ماهواره منجر به از کار افتادن آن خواهد شد. در این پروژه ابتدا وضعیت یک ماهواره با سه عمگر چرخ عکس العملی با کنترل کننده کلاسیک پی آی دی به صورت سه محوره انجام شده است، سپس امکان دستیابی به پایدارسازی وضعیت ماهواره در صورت از کار افتادن یک یا چند چرخ عکس العملی با استفاده از تنها یک عملگر تراستر به عنوان جبران ساز مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش گشتاورهای کنترلی با استفاده از یک مکانیزم تراستر دورانی دو درجه آزادی تولید می شوند. در اثر از کار افتادن چرخ های عکس العملی، زوایای گیمبال مکانیزم تراستر به عنوان ورودی های کنترلی به سیستم افزوده میشوند. الگوریتم کنترل‌کننده بر اساس معادلات دینامیک و سینماتیک حرکت ماهواره در حضور اغتشاشات توسعه یافته است. گشتاورهای اغتشاشی وارد بر ماهواره شامل گشتاورهای گرادیان جاذبه، فشار تابش خورشیدی و آیرودینامیک میباشد. آموزش و طراحی الگوریتم کنترلی در لحظات بعد از خرابی چرخ های عکس العملی و روشن شدن تراستر به عنوان جبران ساز شامل یک کنترل کننده فازی و یک سیستم کنترلی بهبود دهنده شبکه عصبی است. در آموزش کنترل کننده هوشمند نورو فازی در ابتدا از کنترل کننده پی آی دی استفاده شده است. پایدارسازی ماهواره با افزونگی عملگر تراستر در مدار دایروی انجام شده سپس با بیضوی کردن مدار، اثرات خروج از مرکز را بر مدار و ماهواره اعمال کرده تا توانایی الگوریتم کنترلی را در پایدارسازی ماهواره بررسی کنیم. شبیه سازیهای عددی نشان میدهد که روش کنترلی پیشنهادی برای پایدارسازی وضعیت ماهواره در حضور اغتشاشات، نتایج قابل قبولی دارد و افزودن یک عملگر تراستر به سیستم به عنوان جبران ساز، قابلیت اطمینان را در انجام ماموریت های فضایی بالا می برد و در صورت از کار افتادن حتی دو چرخ عکس العملی، مکانیزم تراستر با دقت بالایی وارد سیستم کنترلی شده و پایداری ماهواره را در شرایط مطلوب حفظ و کنترل می کند.
- Abstract
- In the present study, a new attitude stabilization method has been investigated for a satellite by considering failure in one or more reaction wheels. In this approach control torques could be generated using only one thruster which mounted on a two axis gimbal mechanism. on the other word, in the absence of reaction wheels, 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 add 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. Three-axis stabilization of the attitude in a LEO elliptical orbit, with respect to the effects of eccentricity 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 neuro-fuzzy controller, PID controller is employed. Numerical simulations show that, the recommend controlled method have acceptable results in the presence of disturbances and supplementing of a thruster actuator to the system as a redundancy, could enhance the space missions reliability; if any fault happened in the operation of reaction wheels, thruster mechanisms come in to control system, accurately. So, sustained satellite stability accomplished at desirability attitude.
