طراحی و ساخت بستر آزمون دومحوره کنترل زاویه با رویکرد سخت‌افزار در حلقه

این مقاله به بررسی طراحی و ساخت دستگاه مکانیکی کنترل زاویه دومحوره مبتنی بر سخت‌افزار در حلقه به‌منظور ساخت بستر آزمون دومحوره پرداخته است. هدف از این دستگاه رسیدن به بستر آزمون کنترل دومحوره زاویه با خطای کوچک به‌منظور ارزیابی و تست حسگرهای وضعیت یا به‌عنوان میز دو درجه آزادی کوچک برای کنترل وضعیت اجزای ماهواره بوده است. دستگاه از دو بخش اصلی سازه مکانیکی و بخش الکترونیکی تشکیل‌شده و الگوریتم کنترلی در بستر سخت‌افزار در حلقه نوشته‌شده و قابلیت تعریف انواع کنترل‌کننده‌ها بر روی آن وجود دارد. سازه از میله قابل دوران، کوپلینگ، یاتاقان‌ها، بدنه، پایه و بخش الکترونیکی از یک برد پردازشگر، حسگر انکودر، باتری، ماژول مخابراتی و یک موتور کورلس با دیسک دوار به‌عنوان چرخ عکس‌العملی، تشکیل‌شده است. این دستگاه به‌صورت دو درجه آزادی توانایی مانورهای وضعیت پیچ (pitch) و یاو (yaw) را داشته و خطای وضعیت آن متناسب با الگوریتم کنترلی است. قابلیت اطمینان دقت این دستگاه به ازای صد مرتبه تکرار آزمون برای مانورهای مذکور به ترتیب مقدار 0.11 و 0.2 درجه، با کنترل‌کننده pid، صحه‌گذاری شده است. تحلیل عملکرد دستگاه به ازای بررسی زوایای ورودی مختلف، ضرایب متنوع کنترل‌کننده، شرایط اولیه متفاوت، مانورهای تک‌محوره و دومحوره به‌تفصیل بررسی‌شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده عملکرد مناسب دستگاه ساخته‌شده با خطای میانگین کمتر از 0.23 درجه می‌باشد.

design and construction of a two-axis angle control testbed with a hardware-in-the-loop approach

precise calibration of attitude determination sensors prior to deployment necessitates advanced platforms with two or three degrees of freedom that ensure high accuracy and real-time monitoring capabilities. in response to this requirement, a two-degree-of-freedom testbed has been designed and implemented to enable thorough functional evaluation of sensors and systems before their deployment phase and to offer real-time tracking of platform dynamics and sensor responses. the system is composed of two primary subsystems: a mechanical framework and an electronics subsystem. the mechanical framework is engineered with high precision to mitigate misalignments and ensure accurate component placement, including a reaction wheel that enhances control system efficiency. the electronics subsystem incorporates key elements such as batteries, actuators, communication interfaces, and control boards, enabling seamless and efficient operation. a pid controller has been employed to achieve precise and stable control of the platform. experimental evaluations demonstrate that the system achieves angular accuracy of 0.11° in the pitch axis and 0.20° in the yaw axis. these findings underscore the platform’s efficacy as a reliable tool for pre-deployment calibration and performance testing of attitude determination sensors and establish its foundation as a versatile hardware-in-the-loop platform for detailed sensor performance evaluations.