کنترل ارتعاشات پنل های فضاپیمای انعطاف پذیر با لحاظ دینامیک عملگر در مانور وضعیت

این مقاله به طراحی قانون کنترلی برای مانور وضعیت و کاهش ارتعاشات باقی‌مانده یک فضاپیمای انعطاف‌پذیر مجهز به تراستر/چرخ عکس‌العملی و وصله‌های پیزوالکتریک پرداخته است. تئوری توسعه یافتۀ مبتنی بر طراحی تابع لیاپانوف با لحاظ دینامیک چرخ عکس‌العملی برای کنترل مانور و حسگر/عملگرهای پیزوالکتریک و استفاده از کنترلر فیدبک نرخ کرنش برای ارتعاشات باقی‌مانده پس از فاز دستیابی به زاویه مطلوب ارائه شده است. معادلات حرکت سیستم با لحاظ دینامیک غیرخطی و کاملاً کوپل جسم صلب-انعطاف‌پذیر فضاپیمای در مانور تک‌-محوره با پیاده‌سازی روش مودهای فرضی و اصل همیلتون استخراج شده است. پایداری کلی سیستم صلب–انعطاف‏پذیر شامل انرژی‌های هاب صلب، پنل‌های انعطاف‌پذیر، وصله‌های پیزوالکتریک، چرخ عکس‌العملی و یک فنر پیچشی با به‌کارگیری ورودی‌های پیوسته (چرخ عکس‌العملی) و ناپیوسته کنترلی (تراستر با بکارگیری مدولاسیون پهنا-پالس/فرکانس-پالس) اثبات و ارتعاشات باقی‌مانده به حداقل رسیده است. عملکرد سیستم کنترل توسعه یافتۀ پیشنهادی در مقایسه با نمونه رایج آن و رویکرد کنترلی جانمایی قطب‌ها بررسی شده است. شبیه‌سازی‌های انجام شده برای یک مانور با زاویۀ بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات ناشی از تحریک پنل‏های انعطاف‏پذیر بیانگر مزیت و کارایی روش پیشنهادی می‌باشد.

Vibration Suppression of a Maneuvering Flexible Spacecraft with Actuator Dynamic

This paper presents a study concerning active vibration control of a smart, flexible spacecraft during attitude maneuver using thrusters/ a reaction wheel and piezoelectric patches. The largeangle maneuver and residual vibration of the spacecraft are controlled utilizing an extended Lyapunovbased design (ELD) and strain rate feedback (SRF) theory. The singleaxis fully coupled rigidflexible dynamic of the system is derived applying a Lagrangian approach and Assumed Mode Method (AMM). The system’s overall stability, including energetic terms covering a hub, two flexible appendages, PZT sensor/actuator, RW dynamics, and torsional spring, has been proved, and the control law has been derived accordingly. A pulsewidth pulsefrequency (PWPF) modulation is used to alleviate the excitations of highfrequency flexible modes. However, due to the fast maneuver, there are still residual vibrations in the system. Hence, the SRF algorithm using PZT is applied to prepare further vibration suppression. The performance of the proposed extended controller is compared to the conventional Lyapunov and pole placement control algorithms. The numerical results for simultaneously large angle attitude and vibration control of a flexible spacecraft through a comparative study verify the merits of the proposed approach.