بهبود عملکرد کنترل وضعیت ماهواره با عملگر چرخ عکس العملی و با در نظر گرفتن نویز حسگر

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسنده

دانشکده فنی شهید منتظری، دانشگاه فنی و حرفه ای

چکیده

در این مقاله، از روش بهینه‌سازی مقاوم برای کاهش اثر نویز حسگر بر عملکرد سیستم کنترل وضعیت ماهواره با عملگر چرخ عکس‌العملی استفاده شده است. در این راستا میانگین مطلق خطای نشانه‌روی وضعیت ماهواره به عنوان معیار عملکرد اصلی کنترلی انتخاب شده است. الگوریتم بهینه‌ساز مبتنی بر الگوریتم ژنتیک و روش تکرارهای متوالی مونت کارلو برای لحاظ کردن اثر نویز و بدست آوردن ضرایب کنترلی استفاده شده است. از دینامیک مرتبه اول برای مدل‌سازی چرخ عکس‌العملی به عنوان عملگر اصلی کنترلی با لحاظ کردن محدودیت عملی حداکثر گشتاور تولیدی استفاده شده است. همچنین از یک کنترل‌کننده تناسبی- انتگرالی- مشتقی (PI-D) اصلاح‌شده با روش مشاهده‌گر برای کنترل ماهواره استفاده شده است. سیگنال نویز سفید گوسی پس از عبور از یک فیلتر مرتبه اول به سیگنال‌های مسیر بازخورد زاویه و سرعت زاویه‌ای اضافه می‌شود. به منظور مقایسه منصفانه نتایج، ضرایب کنترلی به ازای شرایط شبیه‌سازی یکسان، برای دو رویکرد بهینه‌سازی مقاوم و بهینه‌سازی قطعی بدست آمده است. معیار عملکرد بر حسب تابع چگالی طیفی توان نویز به ازای دو رویکرد بهینه‌سازی بررسی شده است. نتایج مقایسه‌ای نشان می‌دهد، سیستم کنترلی که با روش بهینه‌سازی مقاوم تنظیم شده، معیار عملکرد آن در مواجهه با نویز مقاوم‌تر بوده و تغییرات کمتری دارد در حالی که معیار عملکرد روش بهنیه‌سازی قطعی، تغییرات بیشتری در مواجهه با نویز دارد. نتایج نشانگر ارجحیت استفاده از رویکرد بهینه‌سازی مقاوم برای سیستم کنترل در معرض نویز است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Improving the performance of spacecraft attitude control with a reaction wheel actuator and considering sensor noise

نویسنده [English]

  • Vahid Bohlouri
Technical and Vocational University
چکیده [English]

Improving the performance of satellite attitude control with reaction wheel actuator and considering the sensor noise in this article, robust optimization method has been used to reduce the effect of sensor noise on the performance of the satellite attitude control with reaction wheel actuator. In this regard, the mean absolute pointing error has been chosen as the main performance index. The optimization based on the genetic algorithm and the Monte Carlo method of successive iterations have been used to include the effect of noise and obtain the control coefficients. First-order dynamics have been used to model the reaction wheel, taking into account the practical limit of the maximum production torque. Also, a modified proportional-integral-derivative (PI-D) controller with a observer method has been used to control the satellite. Gaussian white noise is added to angular velocity and angular feedback signals after passing through a first order filter. To compare the results, the control coefficients for the same simulation conditions have been obtained for two approaches: robust optimization and deterministic optimization. The performance in terms of the noise power spectral density function has been investigated for two approaches. The comparative results show that the control system adjusted by the robust optimization method, its performance criterion is more resistant in the face of noise and has less changes, while the performance criterion of the deterministic optimization method has more changes in Exposure to noise. The results indicate the preference of using the robust optimization approach for the control system exposed to noise.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spacecraft Attitude Control
  • Sensor Noise
  • Robust Optimization
  • Reaction Wheel
  • Modified PID