طراحی کنترل کنندۀ وضعیت تطبیقی برای شبیه ساز آزمایشگاهی سمت فضاپیما

در این مقاله پس از معرفی مختصری از شبیه‌ساز سمت دانشگاه صنعتی امیرکبیر به استخراج روابط حاکم بر آن پرداخته می‌شود. به‌دلیل وجود اصطکاک در یاتاقان‌های شبیه‌ساز سمت، در دینامیک شبیه‌ساز از مدل اصطکاک ویسکوز برای مدل‌سازی اصطکاک در یاتاقان‌ها استفاده می‌شود. هدف این مقاله طراحی یک کنترل‌کنندۀ وضعیت تطبیقی برای کنترلشبیه‌ساز سمت و تخمین ضرایب اصطکاک ویسکوز یاتاقان‌ها می‌باشد. به‌منظور جلوگیری از پدیده تکینگی در روابط حاکم، از پارامترهای رودریگز برای نمایش سینماتیک شبیه‌ساز استفاده می‌شود. ابتدا روابط حاکم بر شبیه‌ساز به فرم رباتیکی استخراج می‌شود. سپس پارامترهای تانسور ممان اینرسی شبیه‌ساز سمت و ضرایب اصطکاک ویسکوز به عنوان پارامترهای نامعلوم سامانه انتخاب م یشوند. در مرحله بعد با تعریف یک تابع لیاپانوف و بررسی پایداری سامانه، پارامترها به گون های تخمین زده م یشوند که خطا محدود شده و سامانه پایدار گردد. در مرحله بعد شبیه‌سازی سامانه در نرم‌افزار متلب انجام شده و تخمین پارامترهای تانسور اینرسی و ضرایب اصطکاک ویسکوز به‌دست می‌آیند. در نهایت با به‌دست آمدن نمودارهای مربوط به سرعت عملگرهای چرخ عکس‌العملی نشان داده خواهد شد که این کنترل کنندۀ وضعیت قابلیت پیاده‌سازی بر روی شبیه‌ساز سمت امیرکبیر را دارد.

Designing an Adaptive Control Algorithm for Amirkabir’s Laboratory Attitude Simulator of a Spacecraft

ABSTRACT: In this paper, after presenting a brief introduction about Amirkabir University of Technology’sattitude simulator, governing equations are obtained. Viscous friction model is chosen to model the existing frictionin the bearings of the attitude simulator. The main purpose of this paper is to design an adaptive attitude controlalgorithm for the attitude simulator in order to control it in the desired path and estimate the coefficients of frictiondue to simulator’s bearings. In order to prevent singularity in simulations, Rodriguez parameters are used forkinematics representation. Firstly, the governing equations are transformed into a robotic form. The moments ofinertia and coefficients of viscous friction model are assumed as uncertainties. Then, by introducing a Lyapunovfunction, the stability of the system is checked and the parameters are estimated. The adaptation law is obtainedby the Lyapunov function and the stability of the system is then proved. In order to demonstrate the efficiency ofthis adaptive control algorithm, a nonlinear Lyapunovbased attitude control algorithm is designed and compared tothe adaptive controller. The simulations are done in Matlab software package and the parameters of the moment ofinertia matrix and coefficients of viscous friction model are estimated by the adaptation law of the controller. Duringthe simulation, the rotational velocity of the reaction wheels are obtained and it is shown that this attitude controlalgorithm is implementable on the attitude simulator.