به‌کارگیری رویکرد مود شبه‌لغزشی مقاوم برای کنترل وضعیت یک فضاپیمای انعطاف‌پذیر

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 نویسنده مسئول: استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

2 کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

چکیده

انجام مانور و کنترل وضعیت با بیشترین دقت، سرعت و کمترین مصرف توان همواره از چالش‌های مطرح در زمینه طراحی سیستم کنترل فضاپیماها بوده است. ویژگی انعطاف‌پذیری در فضاپیماها، سبب تغییر در دینامیک کل سیستم می‌شود. در این مقاله روش کنترلی مود شبه لغزشی مقاوم برای کنترل وضعیت فضاپیمای انعطاف‌پذیر در حضور اغتشاشات محیطی بررسی خواهد شد. با توجه به غیرخطی بودن معادلات فضاپیمای انعطاف‌پذیر، عدم امکان مدل کردن این سیستم به‌صورت ایده‌آل و عدم توانایی توصیفات ریاضی برای توضیح کامل حرکت این سیستم پروازی، این مقاله از روش کنترلی مود شبه لغزشی مقاوم به‌عنوان یک ایده مناسب جهت کنترل وضعیت فضاپیمای انعطاف‌پذیر در قالب یک سیستم غیرخطی بهره خواهد گرفت. بدین منظور، مدل سه درجه آزادی فضاپیمای انعطاف‌پذیر شامل اغتشاشات متفاوت در هر راستا تحت سینماتیک مبتنی بر کواترنیون در بخش مدل‌سازی دینامیکی این مقاله ارائه خواهد شد و سپس کنترل‌کننده مود شبه لغزشی مقاوم به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که توانایی کنترل چترینگ را نیز دارا باشد. نتایج بررسی پارامترهای عملکردی نظیر شاخص مصرف انرژی، شاخص چابکی و محدودیت سرعت‌های زاویه‌ای بدنی نشان می‌دهد این کنترل‌کننده، عملکرد مناسبی در جهت‌گیری دقیق و سریع فضاپیما دارد.

تازه های تحقیق

  • ارائه دینامیک وضعیت فضاپیمای انعطاف‌پذیر
  • طراحی کنترل‌کننده مود شبه لغزشی مقاوم (RQSMC)
  • شبیه‌سازی و بررسی نتایج مانور وضعیت

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Applying Robust Quasi-Sliding Mode Approach for Attitude Control of a Flexible Spacecraft

نویسندگان [English]

  • Hojat Taei 1
  • Mortaza Moradi 2
1 Corresponding author: Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
2 M.Sc., Faculty of Mechanical Engineering, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Maneuvering and controlling the attitude with the highest accuracy, speed and lowest power consumption has always been one of the challenges in the field of spacecraft control system design. The flexibility of satellites causes a change in the dynamics of the whole system. In this article, the Robust Quasi-Sliding Mode Control (RQSMC) method has been utilized to control the attitude of the flexible spacecraft in the presence of disturbances. Considering the non-linearity of the equations of the flexible spacecraft, the impossibility of modeling this system ideally and the inability of mathematical descriptions to fully explain the movement of this flight system, this article uses the RQSMC method as a suitable idea for the attitude control of the flexible spacecraft. For this purpose, the three-degree-of-freedom model of the flexible spacecraft including different disturbances in each direction under quaternion kinematics will be presented in the dynamic modeling section of this article, and then a RQSMC will be designed that also has the ability to control chattering.  The checking of functional parameters such as energy consumption index, agility index and body angular rates constraints showed that this controller has a desirable performance in accurate and fast spacecraft orientation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Robust Quasi-Sliding Mode Control (RQSMC)
  • Attitude dynamics and control
  • Flexible spacecraft

Smiley face

مراجع

[1] Likins PW, Fleischer GE. Results of flexible spacecraft attitude control studies utilizing hybrid coordinates. Journal of Spacecraft and Rockets. 1971;8(3):264-73.##
[2] Wie B, Plescia CT. Attitude stabilization of flexible spacecraft during stationkeeping maneuvers. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1984;7(4):430-6.##
[3] Wie B, Lehner JA, Plescia CT. Roll/yaw control of a flexible spacecraft using skewed bias momentumwheels. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1985;8(4):447-53.##
[4] Bang H, Ha CK, Kim JH. Flexible spacecraft attitude maneuver by application of sliding mode control. Acta Astronautica. 2005;57(11):841-50.##
[5] Guan P, Liu XJ, Liu JZ. Adaptive fuzzy sliding mode control for flexible satellite. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2005;18(4):451-9.##
[6] Malekzadeh M. Robust Control of Flexible Spacecraft Considering Actuator Dynamic. Modares Mechanical Engineering. 2015;14(15):225-30.##
[7] Malekzadeh M. Quaternion Based Active Control of a Flexible Spacecraft. In The 15th International Conference of the Iranian Aerospace Association. 2016: 5-7.##
[8] Xu S, Cui N, Fan Y, Guan Y. Active vibration suppression of flexible spacecraft during attitude maneuver with actuator dynamics. IEEE Access. 2018;6:35327-37.##
[9] Rad HK, Salarieh H, Alasty A, Vatankhah R. Boundary control of flexible satellite vibration in planar motion. Journal of Sound and Vibration. 2018;432:549-68.##
[10] Hou L, Sun H. Anti-disturbance attitude control of flexible spacecraft with quantized states. Aerospace Science and Technology. 2020;99:105760.##
[11] Cheng X, Yuan L, Yi QI, Feng WA, Zhang J. Coordinated attitude control for flexible spacecraft formation with actuator configuration misalignment. Chinese Journal of Aeronautics. 2021;34(3):176-86.##
[12] Lee J, Kang DE, Park C. Geometric robust adaptive control for satellite attitude tracking with reaction wheels. Acta Astronautica. 2021;179:238-52.##
[13] Li YR, Peng CC. Super-twisting sliding mode control law design for attitude tracking task of a spacecraft via reaction wheels. Mathematical Problems in Engineering. 2021;2021:1-3.##
[14] Taei, H., S. Ayati, and S.F. Mousavi, Robust PID Control for Flexible Satellite Considering Dynamics of Thruster Actuator. Journal of Mechanical Engineering, Transactions of ISME 2022;24(3):94-119.##
مکانیک هوافضا
دوره 19، شماره 3 - شماره پیاپی 73
شماره پیاپی 73، فصلنامه پاییز
آذر 1402
صفحه 97-108

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 24 دی 1401
  • تاریخ بازنگری: 22 بهمن 1401
  • تاریخ پذیرش: 25 اسفند 1401
  • تاریخ انتشار: 01 اردیبهشت 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار