کنترل ارتعاشات آنتن تیغه‌ای ماهواره مکعبی با استفاده از عملگر پیزوالکتریک با درنظرگرفتن محدودیت‌های سیستمی

کنترل ارتعاشات آنتن ماهواره برای انتقال درست اطلاعات و هم‌چنین حذف اغتشاشات مکانیکی واردشده به ماهواره در حین کنترل وضعیت ضروری می‌باشد. در این مقاله به کنترل ارتعاشات آنتن تیغه‌ای ماهواره مکعبی با اعمال محدودیت‌های سیستمی پرداخته می‌شود. برای این منظور از سنسور و عملگر پیزوالکتریک استفاده شده و مدل ریاضی حاکم بر دینامیک آنتن استخراج می‌شود. برای استخراج معادلات از مدل تیر اویلر‌برنولی و روش جداسازی گلرکین استفاده می‌شود. پارامترهای میرایی و فرکانس طبیعی آنتن با تست ارتعاشات آزاد محاسبه می‌‎شود تا مدل دقیقی از سیستم به دست آید. با توجه به محدودیت‌های زیرسیستم توان الکتریکی ماهواره، امکان اعمال ولتاژ پیوسته به پیزوالکتریک وجود نداشته و فقط امکان تغییر ولتاژ باس اصلی ماهواره با استفاده از  برد سوئیچینگ  (افزاینده) و اعمال ولتاژهای مثبت و منفی صد ولت به پیزوالکتریک وجود دارد که پیچیدگی‌هایی را به مسئله کنترلی وارد می‌کند. در این مقاله سه الگوریتم کنترلی مختلف ارائه شده و پارامترهای آن‌ها بهینه شده‌اند. برای بهینه‌سازی پارامترها از روش بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک استفاده می‌شود. سه استراتژی کنترلی ارائه شده از نظر میزان مصرف انرژی و کیفیت کنترلی مقایسه شده و نتایج نشان می‌دهد روش کنترلی سوم از نظر مصرف انرژی بهینه بوده و زمان میراشدن ارتعاشات آنتن را به صورت قابل‌توجه کاهش می‌دهد.

cubesat antenna vibration control using piezoelectric bender considering system requirements

vibration control of satellite antenna is the main concern to good quality data transmission and reduction of mechanical disturbance in attitude maneuvers. this paper is devoted to mathematical modeling and vibration control of cube-sat antenna. to do this aim, piezoelectric sensor and actuator are utilized and mathematical model of antenna by considering piezoelectric actuator as input parameter and antenna tip deflection as the output parameter. by performing experimental tests, system unknown parameters as damping ratio and natural frequency are obtained based on fft analysis and the least square method. to control the antenna vibration, its mathematical model is obtained by considering piezoelectric voltage as an input and antenna tip deflection as an output. herein, due to limitation on the power subsystem, it is not possible to apply continuous voltages and only 100v voltage is available which complicates the control task. three different control algorithms are proposed for antenna control and compared together. the results show that the proposed control strategies are efficient and can reduce the control time from 10 to about 1 second. the appearing parameters in the selected control algorithm are optimized using genetic algorithm. the presented results in this paper are useful for the design and control of antenna and also for the accurate design of satellite control subsystem.