بهینه‌سازی مقاوم کنترل وضعیت ماهواره با عملگر چرخ عکس‌العملی با لحاظ عدم‌قطعیت

در این مقاله کنترل وضعیت تک‌محوره ماهواره صلب با عملگر چرخ عکس العملی با فرض عدم‌قطعیت و اغتشاش بررسی شده است. به‌منظور کنترل وضعیت ماهواره از کنترل‌کننده تناسبی انتگرالی مشتقی (pid) استفاده شد که ضرایب آن از فرایند بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم تکاملی به‌دست آمده است. برای افزایش قوام سیستم کنترل در مواجهه با عدم‌قطعیت و اغتشاش، از روش بهینه‌سازی مقاوم استفاده شده است. در روش بهینه‌سازی مقاوم ویژگی های آماری معیار عملکرد به‌عنوان تابع هدف ترکیبی الگوریتم بهینه‌ساز لحاظ شده است. به‌منظور مقایسه منصفانه، نتایج بهینه سازی معین و بهینه سازی مقاوم به‌ازای عدم‌قطعیت‌های مختلف با یکدیگر مقایسه شده‌اند. چرخ عکس العملی با دینامیک مرتبه اول و لحاظ کردن محدودیت عملی بیشینه گشتاور تولیدی مدل‌سازی شده است. عدم‌قطعیت روی مدل عملگر، لختی دورانی ماهواره و اغتشاشات خارجی با مدل تابع چگالی طیفی، اعمال گردیده و با روش بهینه lhs نمونه برداری تصادفی شده است. نتایج حل عددی، نشانگر عملکرد مقاوم‌تر کنترل‌کننده تنظیم‌شده با روش بهینه‌سازی مقاوم در مواجهه با عدم‌قطعیت هاست؛ به‌طوری که نمودار میانگین و معیار عملکرد تابع هدف ترکیبی نشان‌دهنده تغییرات کم‌معیار عملکرد در مواجهه با عدم‌قطعیت‌هاست البته کنترل‌کننده طراحی‌شده با روش بهینه‌سازی معین، با فرض معین بودن همه مقادیر، عملکرد مناسب‌تری دارد.

Robust Optimization of Satellite Attitude Control with Reaction Wheel Actuator in the Presence of Uncertainties

In this paper, a single axis satellite attitude control with reaction wheel actuator was analyzed in the presence of uncertainty and external disturbance. A proportional integral derivative (PID) controller was used to control when the control gains were achieved with evolutionary optimization algorithm. To increase robustness, robust optimization method was used in the presence of uncertainties and disturbances. In the robust optimization method, the statistical properties of the performance criterion, expected value and standard deviation were considered as the combined objective function of the optimization algorithm. For fair comparison, deterministic and robust optimization results were compared together versus uncertainties. Reaction wheel actuator was modeled with first order equation and practical constraint in maximum and minimum generation momentum. Uncertainty was considered on moment of inertia, external disturbance, and reaction wheel with power spectral density function sampled with LHS algorithm. The graph of the mean value and performance criteria of the combined objective function shows small changes in the objective function in the face of uncertainties. Achieved numerical solution results indicated that the tuned controller with robust optimization performed better in the presence of uncertainties although tuned controller with deterministic optimization performed better assuming certain values.