مدل‌سازی و کنترل وضعیت یک ماهواره به کمک چرخ عکس‌العملی با روش خطی‌سازی پسخورد و بررسی عملکرد آن با معیارهای توان و اولراینت

به طور کلی معادلات فضاپیما به طور کلی غیرخطی هستند بنابراین استفاده از تئوری‌های کنترل غیرخطی کمک می‌کند تا مسئله کنترل وضعیت فضاپیما در شرایط واقعی‌تری بررسی شود. روش خطی‌سازی پسخورد یک روش کنترل غیرخطی است که دینامیک‌های غیرخطی سیستم را به فرم جدیدی تبدیل می‌کند تا بتوان در طراحی ورودی کنترلی سیستم، از تئوری‌های کنترل خطی نیز استفاده نمود. تعیین توابع خروجی در خطی‌سازی ورودیخروجی که حالت خاصی از خطی‌سازی پسخورد است، نقش مهمی بر پایداری دینامیک درونی سیستم دارد. معادلات سینماتیک در این مقاله برحسب کواترنیون‌ها بیان شده که موجب انتخاب این پارامترها به عنوان توابع خروجی می‌شود. هم‌چنین از روش تنظیم‌کننده مربعی خطی که یک کنترل بهینه خطی است، برای طراحی کنترل‌کننده سیستم خطی شده در روش خطی‌سازی پسخورد و هم‌چنین طراحی یک کنترل‌کننده وضعیت فضاپیما به صورت مجزا استفاده شده است. روش‌های کنترلی استفاده شده با توجه به محدودیت عملگرها، با معیار اولراینت که انتگرال خطای زاویه دوران حول محور اویلر است، مورد ارزیابی عملکرد قرار می‌گیرند. سپس معیارهای توان مصرفی و تلاش کنترلی عملگرها، برای مقایسه کنترل‌کننده‌ها در نظر گرفته شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که مقدار اولراینت برای روش خطی‌سازی پسخورد در تمام مانورهای تغییر وضعیت طراحی شده مقدار کمتری است. بررسی معیارهای توان و تلاش کنترلی نیز نشان می‌دهد که روش خطی‌سازی پسخورد نه‌تنها روش سریع‌تری می‌باشد بلکه عملگرها نیز رفتاری بهینه‌تر از خود نشان می‌دهند.

Modeling and Spacecraft Attitude Control Using Reaction Wheel with Feedback Linearization, its Performance Study Subject to Power and EULERINT

The rotational Equations of motion of spacecraft are generally nonlinear, so use of nonlinear control techniques are helpful in real conditions. Feedback linearization theory is a nonlinear control technique which transforms nonlinear system dynamics into a new form that linear control techniques can be applied. Choosing output functions in inputoutput linearization which is a specific method of feedback linearization, has a significant effect on internal dynamics stability. In this study the kinematic equations of spacecraft motion are expressed by quaternion parameters, these parameters are selected as output functions. Linear quadratic regulator as a linear optimal control law is used to design a controller for linearized system in feedback linearization control and also to design attitude control of spacecraft separately. By considering the actuator constraints on different control methods that are used here, the EULERINT which is the integral of the Euler angles error about the Euler axis, is evaluated. Then, the power and control effort of the actuators are considered for comparison between controllers. The simulation results show that the amount of EULERINT for feedback linearization method is less among the others. Also study of the power and control effort shows that Feedback linearization method is not only quicker but also more efficient and displays better performance of the actuators.