کنترل فعال ارتعاشات فضاپیمای انعطاف پذیر در مانور وضعیت با استفاده از عملگرهای هیبرید: با رویکرد قانون کنترل لیاپانوف

این مقاله به طراحی سیستم کنترل ترکیبی مانور و ارتعاشات یک فضاپیمای انعطافپذیر در مانور وضعیت با استفاده از عملگرهای تراستر-چرخ عکس العملی در ساختار هیبرید و وصله های پیزوالکتریک پرداخته است. مانور زاویه-بزرگ این فضاپیما در قالب دو ماموریت مجزا با استفاده از مدل توسعه یافته کنترلری مبتنی بر تئوری لیاپانوف و ارتعاشات باقی مانده با به کارگیری تئوری فیدبک نرخ کرنش کنترل شده است. پایداری کلی سیستم شامل دینامیک چرخ عکس العملی و وصله های حسگر/عملگر پیزوالکتریک با استفاده از ورودی ناپیوسته کنترلی تولید شده توسط تراستر و مدولاتور پهنا-باند/پالس-فرکانس اثبات و ارتعاشات باقی مانده به حداقل رسیده است. ویژگی منحصر به فرد روش پیشنهادی در به کارگیری عملگرها، زمان سوئیچ عملکرد تراسترها و چرخ عکس العملی می باشد که مبتنی بر انرژی سیستم تنظیم شده است. شبیه سازی های انجام شده با به کارگیری تئوری کنترلی پیشنهادی و استفاده از عملگرهای هیبرید امکان انجام مانورهای با زاویه بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات را نمایش می دهد.

active vibration control of a maneuvering flexible spacecraft using hybrid actuators: a lyapunov-based control approach

this paper presents a study concerning active vibration control of a smart flexible spacecraft during attitude maneuver using thrusters and reaction wheels (rw) in combination and piezoelectric (pzt) sensor/actuator patches. the large-angle maneuver and residual vibration of the spacecraft are controlled using an extended lyapunov-based design (eld) and strain rate feedback (srf) theory for a two-mode mission. the single-axis fully coupled nolinear rigid-flexible dynamic of the system is derived applying a lagrangian approach and finite element method (fem). the overall stability of the system including energetic terms covering a hub and two flexible appendages, torsional spring, rw, and pzt dynamics, has been proved and the control law has been derived accordingly. a pulse-width pulse-frequency (pwpf) modulation is used to alleviate the excitations of high-frequency 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. a great feature of the proposed hybrid actuator system is the switching time of the thrusters and rw, which is based on total system energy. the numerical results for a flexible spacecraft with large-angle, agile, and precise maneuver requirements through a comparative study verify the merits of the proposed approach.