تحلیل عملکرد کنترل وضعیت ماهواره در معرض نویز با روش‌‌های بهینه‌‌سازی مقاوم و با قابلیت اطمینان

در این مقاله، از رویکرد بهینه‌‌سازی مقاوم و با قابلیت اطمینان برای کاهش اثر نویز حسگر بر عملکرد سیستم کنترل وضعیت فضاپیما با عملگرهای چرخ عکس‌‌العملی استفاده شده است. مقدار میانگین مطلق خطای نشانه‌‌روی وضعیت ماهواره به عنوان معیار عملکرد اصلی کنترلی انتخاب شده است. الگوریتم بهینه‌‌ساز مبتنی بر روش ژنتیک و مبتنی بر تکرارهای متوالی مونت کارلو برای لحاظ کردن اثر نویز و بدست آوردن ضرایب کنترلی می‌‌باشد. از دینامیک مرتبه اول برای مدل‌‌سازی چرخ عکس‌‌العملی به عنوان عملگر اصلی کنترلی با لحاظ کردن محدودیت‌‌های عملی حداکثر گشتاور تولیدی استفاده شده و از یک کنترل‌‌کننده تناسبی- انتگرالی- مشتقی (pi-d) اصلاح‌‌شده با روش مشاهده‌‌گر برای کنترل ماهواره استفاده شده است. سیگنال نویز سفید گوسی پس از عبور از یک فیلتر مرتبه اول به سیگنال‌‌های مسیر بازخورد زاویه و سرعت زاویه‌‌ای اضافه شده و به مدار کنترلی اعمال می‌‌شود. به منظور مقایسه منصفانه نتایج، ضرایب کنترلی به ازای شرایط شبیه‌سازی یکسان، برای دو رویکرد بهینه‌‌سازی قطعی و بهینه‌‌سازی مقاوم و با قابلیت اطمینان بدست آمده و معیار عملکرد بر حسب تابع چگالی طیفی توان نویز به ازای دو رویکرد بهینه‌‌سازی بررسی شده است.  نتایج مقایسه‌‌ای نشان می‌‌دهند، سیستم کنترلی که با روش بهینه‌‌سازی مقاوم و قابلیت اطمینان تنظیم شده، معیار عملکرد آن در مواجهه با نویز مقاوم‌‌تر بوده و عدد قابلیت اطمینان عملکرد آن بزرگتر از نتایج حاصل از بهینه‌‌سازی قطعی است. نتایج نشانگر ارجحیت استفاده از رویکرد بهینه‌‌سازی مقاوم و با قابلیت اطمینان  برای سیستم کنترل در معرض نویز است.

improving the performance of satellite attitude control with a reaction wheel actuator and considering sensor noise

in this paper, the robust optimization method has been used to reduce the effect of sensor noise on the performance of the satellite attitude control system with a reaction wheel actuator. in this regard, the absolute pointing error on the satellite attitude has been chosen as the main control performance criterion. the optimization algorithm based on the genetic algorithm and the monte carlo method of successive iterations have been used to include the effect of noise and obtain the control coefficients. a modified proportional-integral-derivative (pi-d) controller with the observer method has been utilized to control the spacecraft. white gaussian noise is added to angular velocity and angular feedback through a low-pass filter. to compare the results fairly, the control coefficients for the same simulation conditions have been obtained for two approaches; robust optimization and deterministic optimization. the performance criterion in terms of the noise power spectral density function has been investigated for two optimization approaches. the comparative results show that the tuned control system by the robust optimization method, its performance criterion is more robust in the face of noise and has less changes, while the performance criterion of the deterministic optimization method has more changes in noisy condition.