عنوان پایان‌نامه
تخصیص کنترل تراست برای کنترل وضعیت فضاپیما با تراستر افزونه
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوا - فضا - جلوبرندگی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75429;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75429
- تاریخ دفاع
- ۱۳ تیر ۱۳۹۵
- دانشجو
- بهاره خضری
- استاد راهنما
- امیر رضا کوثری, مازیار شفائی روشنی
- چکیده
- احتیاجات وضعیت یک فضاپیما به وسیله‌ی مأموریت آن تعریف می‌شود: ارتباطات از راه دور، تصویرسازی نوری و هواشناسی. توانایی یک فضاپیما به منظور میزان کردن سخت‌افزازهای بحرانی مأموریت (آرایه‌های خورشیدی، حسگرهای وضعیت و ...) و همچنین محموله ویژه مأموریت، لازمه‌ی کارایی سیستم کنترل وضعیت فضاپیما (ACS) می‌باشند. در این پژوهش تخصیص کنترل تراسترهای زیر‌سیستم کنترل وضعیت یک فضاپیما مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی تخصیص کنترل تراستر انتخاب تراسترهای ویژه و محاسبه‌ی زمان روشن بودن آن‌ها به منظور تصدیق فرمان‌های نیرو و گشتاور ناشی از سیستم کنترل فضاپیما می‌باشد. این کار، اثر مستقیمی بر دقت کنترل و مصرف سوخت مأموریت‌های پیچیده‌ی فضایی دارد. در این پژوهش پس از ذکر مقدمه‌ای بر کنترل وضعیت، تخصیص کنترل و ضرورت انجام آن، به برخی از پژوهش‌های انجام شده در این زمینه اشاره شده است. در ادامه پس از مدلسازی دینامیکی سیستم و استخراج معادلات حاکم بر آن، به بررسی انواع کنترلرهای قابل استفاده و به طور ویژه کنترلر PID پرداخته شده است. هدف این پژوهش عملکرد کارآمد و طراحی سیستم‌های کنترلی چند تراستری، با تاکید ویژه بر مواردی که افزونگی برای افزایش قابلیت اطمینان به کار گرفته می‌شود، می‌باشد. مسئله‌ی عملکرد یک سیستم با بیشترین کارایی با وجود تراسترهای افزونه پیچیده است. در واقع مسئله‌ی طراحی یک سیستم چند تراستری برای داشتن بیشترین کارایی کل شامل یک سازش بین منبع اولیه‌ی سوخت و تعداد و چیدمان تراسترها می‌باشد. بدین منظور عملکرد یک پیکربندی از تراسترها به عنوان یک مسئله‌ی برنامه‌ریزی خطی مورد بحث قرار می‌گیرد. در این فرمول‌بندی، مسئله به عنوان یک رشته مسائل بهینه‌سازی پارامتر نشان داده می‌شود، به طوری که در آن ما در جستجوی انتخاب ترکیب بهینه‌ای از تراسترها و زمان روشن شدن هر کدام هستیم که این ترکیب تراسترها تغییرات ضربه‌ای در بردارهای سرعت زاویه‌ای ایجاد می‌کنند. این مسائل به دلیل حضور قیدهای تساوی، با استفاده از روش Big-M که حالت خاصی از روش سیمپلکس است، حل می‌شوند. در نهایت و پس از ارائه نتایج حاصله، پیشنهادهایی برای پژوهش‌های آتی بیان شده است.
- Abstract
- The needs and requirements of a spacecraft status are defined by its mission: telecommunications, optical imagery and meteorology. The ability of a spacecraft to adjust mission critical hardware (solar arrays, sensors of status, etc.) as well as special mission load is necessary for the performance of the spacecraft attitude control system (ACS). In this study, the thruster control allocation of a spacecraft attitude control subsystem is studied. The main purpose of thruster control allocation is to select specific thrusters and their firing intervals to realize force and torque command values coming from the control system of a spacecraft. This has a direct impact on the accuracy and control of fuel consumption in complex space missions. In this study, after an introduction to attitude control, control allocation and the necessity of doing it, some researches in this context are mentioned. Afterwards, the dynamic modeling of system and deriving its governing equations are presented. Then different types of controllers and in particular the use of PID controller are discussed. The aim of this study was efficient operation and design of over-actuated control systems, with special emphasis on cases where redundancy is used to increase the reliability of systems. In fact, design of an over-actuated system to have the highest total efficiency need a compromise between the primary source of fuel and the number and arrangement of thrusters. For this purpose, the operation of a configuration of thrusters is discussed as a linear programming problem. In this formulation, the problem is presented as some parametric optimization problems where we seek the optimal combination of thrusters and their firing times that make changes in angular velocity vectors. Because of the constraints of equality, this problem is solved by using Big-M method that is a special case of simplex method. Finally and after the presentation of the results, suggestions for future research are presented.
