طراحی رویت گر و کنترل‌گر غیرخطی تحت شبکه برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره مدار پایین زمین

در این مقاله، فیلتر کالمن توسعه یافته و کنترل‌گر غیرخطی وابسته به مدل تحت شبکه با استفاده از اصل جداسازی برای زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره مدار پایین زمین طراحی شده است. در این راستا، با توجه به روند توسعه ماهواره ها، معماری زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت برای کلاس وسیعی از ماهواره های مدار پایین زمین جهت پایدارسازی و حصول اهداف ماموریتی همچون تعیین وضعیت و نشانه روی دقیق پیشنهاد شده است. این معماری، به‌صورت سیستم کنترلی تحت شبکه جهت برقراری اتصال و ارتباط بین اجزای کنترلی شامل حس‌گرها، عمل‌گرها و واحد پردازنده و همچنین به‌اشتراک گذاشتن داده با سایر زیرسیستم‌ها در نظر گرفته شده است. سپس، با مدل‌سازی تمامی اجزای سیستم و لحاظ نمودن اثرات شبکه به‌صورت اغتشاش کران‌دار، سیستم کنترل برای جبران آن‌ها طراحی شده است. بدین‌منظور، الگوریتم‌های تخمین و کنترل وضعیت شامل فیلتر کالمن توسعه یافته و کنترل‌گر غیرخطی وابسته به مدل به‌گونه ای طراحی شده اند تا ضمن دستیابی به عملکرد مطلوب سیستم، پایداری هر یک از آن‌ها تضمین گردد. در ادامه، مدل غیرخطی دینامیک ماهواره بر حسب پارامترهای کواترنیون و سرعت‌های زاویه ای ارایه شده و با بیان قضیه اصل جداسازی برای طراحی رویت گر و کنترل‌گر، شرایط هم‌گرایی و پایداری نمایی آن‌ها براساس مدل خطی شده ماهواره استخراج شده است. اثبات قضیه نشان می دهد که سیستم حلقه بسته به‌طور پیوسته وضعیت ماهواره را در محدوده دقت تعیین شده حفظ می نماید. در نهایت، نتایج شبیه سازی حاصل از اعمال رویت گر و کنترل‌گر طراحی شده بر روی یک ماهواره فعال در مدار، کارآیی طراحی صورت گرفته را به خوبی نشان می‌دهد.