کنترل تحمل‌‏پذیر خطای مبتنی بر الگوریتم مود لغزشی انتگرالی و کنترل فعال ارتعاشات فضاپیمای انعطاف‏پذیر در حضور اغتشاشات خارجی

در این مقاله به طراحی الگوریتم‏های کنترل فعال ارتعاشات و کنترل مقاوم مود لغزشی انتگرالی جهت پایدارسازی وضعیت فضاپیمای انعطاف‏پذیر در حضور اغتشاشات خارجی و خرابی عملگر پرداخته‌شده است. فضاپیما به‌صورت یک هاب صلب در مانور سه محوره به همراه دو پنل خورشیدی مجهز به حسگر/عملگرهای پیزوالکتریک در قالب یک سیستم دینامیکی کوپل صلب-انعطاف‏پذیر مدل‌سازی شده است. ساختار کنترل تحمل‏پذیر خطای غیرفعال مود لغزشی انتگرالی با بهره‏گیری از یک الگوریتم کنترل نامی تناسبی-مشتقی و یک الگوریتم تحمل‏پذیر خطای توسعه‌یافته با لحاظ خطای افزوده متغیر با زمان به‌منظور افزایش عملکرد، عدم تحریک مودهای انعطاف‏پذیر و آسیب‏ سیستم در فاز رسیدن به سطح لغزش طراحی‌شده است. بدین ترتیب با ورود سیستم به مود لغزش، رفتار دینامیک حلقه بسته شامل خطای عملگر، مشابه با سیستم سالم خواهد شد. جهت کاهش ارتعاشات ناشی از دینامیک وضعیت و خرابی عملگرها، الگوریتم کنترل فعال ارتعاشاتی نیز به‌طور هم‌زمان در تمام طول مانور فعال‏سازی می‏شود. عملکرد ساختار کنترل پیشنهادی با معیارهای میزان تحریک مودهای انعطاف‏پذیر، تلاش کنترلی و دستیابی به پارامترهای مطلوب وضعیت در قالب یک مطالعه مقایسه‏ای مزیت و برتری آن را نسبت به الگوریتم مود لغزشی انتگرالی بدون قابلیت تحمل‏پذیری خطا نمایش می‏دهد.

integral sliding mode fault-tolerant control and active vibration suppression of a flexible spacecraft in the presence of external disturbances

an active vibration control algorithm and robust integral sliding mode control (smc) are discussed to stabilize the attitude of the flexible spacecraft under external disturbances and actuator faults. as a coupled rigid-flexible dynamical system, the flexible spacecraft is modeled as a rigid hub with two solar panels equipped with piezoelectric (pzt) sensors and actuators. a passive fault-tolerant integral sliding mode control algorithm using a nominal proportional-derivative control algorithm and an improved fault-tolerant algorithm with time-varying additive fault is developed to increase system’s performance, prevent the system’s flexible modes excitations in the phase of reaching the sliding surface. therefore, when the system enters the sliding mode, the closed-loop dynamic behavior, including actuator faults, will be identical to that of the system without faults. it is possible to reduce the residual vibrations caused by the attitude dynamics and actuator faults by simultaneously activating the strain rate feedback (srf) vibration control algorithm during the maneuver. the performance of the proposed integral fault-tolerant control in terms of the flexible modes excitation, the control effort, and achieving the desired attitude parameters in a comparative study demonstrated its advantage and superiority over the conventional integral sliding mode algorithms.