مدل‌سازی تلاطم سوخت در یک فضاپیما و کنترل آن به‌وسیله روش کنترل فعال با استفاده از کنترل غیرخطی

تلاطم سوخت یکی از مهم ترین عوامل در برهم خوردن وضعیت فضاپیما از حالت مطلوب در مانور مداری است. بنابراین کنترل این پدیده از اساسی ترین مسائل در کنترل وضعیت به حساب می آید. دو نوع روش کنترلی فعال و غیرفعال برای کنترل تلاطم وجود دارد که با توجه به جواب دهی بهتر کنترل فعال در کنترل هم زمان تلاطم و وضعیت فضاپیما، اغلب از کنترل فعال استفاده می شود. برای این منظور در ابتدا باید دینامیک تلاطم را مدل کرد. در این مقاله، دینامیک تلاطم به وسیله مدل چندآونگی توصیف شده و معادلات دینامیک ترکیب شده فضاپیما و تلاطم به دست آمده است. در مدل ارائه شده، آونگ ها به طور آزادانه می توانند در فضای سه بعدی حرکت کنند و این موضوع باعث می شود که مدل به واقعیت نزدیک تر باشد. معادلات دینامیک ترکیب شده فضاپیما و تلاطم، غیرخطی هستند، بنابراین برای کنترل وضعیت در حالت واقعی تر باید از روش کنترل غیرخطی استفاده کرد. در این مقاله برای این منظور ابتدا دو تابع نامزد لیاپانوف پیشنهاد شده است و پس از آن با استفاده از این توابع کنترلرها به دست آمده اند. تاثیر کنترلرهای به دست آمده بر وضعیت فضاپیما و آونگ ها با انجام یک شبیه سازی نشان داده شده است. نتایج شبیه سازی نشان از عملکرد مناسب کنترلر های طراحی شده دارند، اگرچه تفاوت اندکی در پاسخگویی دو کنترلر نسبت به یکدیگر دیده می شود.

Modeling of Fuel Sloshing in a Spacecraft and Control it by Active Control Method Using Nonlinear Control

Fuel sloshing is one of the most important factors in disturb attitude of the spacecraft from desire in orbital maneuver. So, controlling this phenomenon is a critical problem in attitude control. There are active and passive control methods to control fuel sloshing. Active method has better responses to control fuel sloshing and its effect on attitude of the spacecraft in the same time; so, mostly this method is used. For this aim, it is necessary to model slosh dynamic. In this paper, slosh dynamic is modeled by a multipendulum model, and, then, coupled equations of the spacecraft and fuel slosh dynamic are derived. In the presented model, pendulums can move freely in 3D atmosphere, and this matter makes presented model closer to real. Coupled equations of the spacecraft and fuel slosh dynamic are nonlinear. Therefore, nonlinear control methods should be used to attitude control in more realistic mode. In this paper, two candidate Lyapunov functions are proposed; then, using these functions, controllers are obtained. The effectiveness of these controllers on attitude of the spacecraft and pendulums is described by a simulation. Although, there are some little differences in time responses based on two controllers, results of simulation illustrate good responsibility of controllers to control aims.