طراحی کنترل کننده وارون دینامیک برای یک ماهواره با درنظرگرفتن دینامیک عملگرهای مغناطیسی

در این مقاله برای کنترل یک ماهواره تحریک شده با عملگرهای مغناطیسی از کنترل کننده غیرخطی وارون دینامیک استفاده شده است. از آنجا که پایداری قوانین کنترل خطی در دینامیک های غیرخطی در شرایط دور از نقطه تعادل تضمین نشده، لذا لزوم طراحی یک قانون کنترل غیرخطی که پایداری آن کلی است، ضروری به نظر می رسد. در این روش طراحی، با تغییر در پارامترهای سیستم، دینامیک غیرخطی سیستم به دینامیک خطی تبدیل می شود و ورودی کنترل کننده، این تغییر را جبران می کند. پایداری سیستم حلقه بسته توسط روش لیاپانوف مورد بررسی و اثبات شد. معادلات دینامیک و سینماتیک ماهواره در حضور گشتاورهای اغتشاشی آیرودینامیک، گرادیان جاذبه، مغناطیسی و تابشی توسعه یافته و خطی سازی معادلات حرکت حول نقطه تعادل انجام شده است. برای ارزیابی عملکرد کنترل کننده وارون دینامیک، قوانین کنترل خطی کلاسیک تناسبی- مشتق گیر و کنترل بهینه رگولاتور مرتبه دوم خطی طراحی شده و نتایج با آن مقایسه شده است. با مدل سازی مدار ماهواره، گشتاورهای اغتشاشی و بردار میدان مغناطیسی زمین محلی، به صورت لحظه ای و با توجه به وضعیت ماهواره در مدار محاسبه می شوند. در انتها پاسخ سیستم با فرض درنظرگرفتن محدوده اشباع برای عملگرهای مغناطیسی نمایش داده شده است. نتایج نمایان گر عملکرد بهتر کنترل کننده غیرخطی وارون دینامیک در معیار دقت و زمان همگرایی است.

کلیدواژه ها:

Magnetic Attitude Control ، Nonlinear Dynamic Inversion Controller ، Lyapunov Stability ، Classical Control ، Optimal Control ، کنترل وضعیت مغناطیسی ماهواره ، کنترل غیرخطی وارون دینامیک ، پایداری لیاپانوف ، کنترل کلاسیک ، کنترل بهینه