کنترل وضعیت ماهواره با کنترل‌کننده تناسبی- انتگرالی-مشتقی بهبودیافته با لحاظ عدم‌قطعیت

در این مقاله، کنترل وضعیت یک ماهواره صلب با کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی (pid) بهبودیافته با روش مشاهده‌گر در حضور اغتشاش و با فرض عدم قطعیت مطالعه شده است. از دینامیک مرتبه اول برای مدل‌سازی چرخ عکس‌العملی به عنوان عملگر کنترلی با لحاظ کردن محدودیت عملی حداکثر گشتاور تولیدی استفاده شده است. در روش مشاهده‌گر، اشباع و جمع‌شوندگی سیگنال کنترلی، با یک ضریب اصلاحی به کنترل‌کننده فیدبک شده و نهایتاً سیگنال کنترلی بهبود می‌یابد. ضرایب کنترلی با روش بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم تکاملی ژنتیک با روش پنالتی و به ازای معیار عملکرد میانگین مطلق خطای نشانه‌روی بدست آمده است. به منظور بررسی عملکرد، مقایسه‌ای بین کنترل کننده بهبودیافته و کنترل کننده pid کلاسیک بر حسب تغییر پارامترهای کنترلی، نمودار صفحه فاز، چرخه حدی، عدم قطعیت‌ها، دامنه و فرکانس اغتشاش خارجی انجام شده است. به منظور مقایسه منصفانه، همه شرایط در بهینه‌سازی و حل عددی در دو کنترل کننده یکسان انتخاب شده است. مقایسه نتایج، نشانگر عملکرد مناسب‌تر کنترل کننده بهبودیافته و رفع جمع‌شوندگی و اشباع در آن است. بطوری که در مواجهه با اغتشاش و نمودار چرخه حدی عملکرد کنترل کننده بهبودیافته به وضوح قابل مقایسه با کنترل کننده کلاسیک است. علاوه بر این عملکرد دو کنترل‌کننده مذکور در مواجهه با عدم قطعیت‌های ممان اینرسی ماهواره، مدل عملگر، دامنه و فرکانس اغتشاشات و حداکثر مومنتوم مطالعه شده که عموماً رفتار کنترل‌کننده بهبودیافته مناسب‌تر بوده و دقت نشانه‌روی بیشتری دارد. بطور نمونه دقت کنترل بهبودیافته تحت عدم‌قطعیت ممان اینرسی حدود 15 درصد بهتر از کنترل کلاسیک است.

Satellite Attitude Control Using Modified PID Controller in the presence of Uncertainty

In this paper, a satellite attitude control with observerbased modified proportionalintegralderivative (PID) controller is studied in the presence of disturbance and uncertainty. Firstorder dynamic has been used to model the reaction wheel as control actuator with considering the practical limit of the maximum output torque. In observer method, saturation and windup is fedback to control algorithm to modify control signal. Control gains have been obtained by optimization method based on genetic evolutionary algorithm with penalty method and for the performance criterion of the absolute mean of the pointing error. To evaluate the performance, a comparison study has been done between modified controller and classic controller versus control parameters, phase plane diagram, limit cycle, uncertainties, amplitude and frequency of external disturbance. To fair comparison, all conditions in optimization and initial values are selected identical for two controllers. Comparing results show better performance in the modified controller, antiwindup, and avoid saturation. In the face of perturbations and limit cycle diagrams, the performance of the modified controller is clearly comparable to that of a classical controller. In addition, the performance of the two controllers is studied versus moment of inertia, actuator model, disturbance frequency, disturbance amplitude, and maximum momentum uncertainties. The behavior of modified controller is generally more appropriate and pointing accuracy is better. For example, control accuracy in modified PID is about 15% better than classical algorithm under moment of inertia uncertainty.