طراحی زیرمجموعه‌های فضایی: (هدایت، کنترل، سازه و...)
Arash Abarghooei؛ Hassan Salarieh؛ Pedram Hosseiniakram
دوره 16، ویژه نامه انگلیسی ، آبان 1402، ، صفحه 51-64
چکیده
Linear algorithms are the most widely used method for satellite attitude control using reaction wheels because of their simplicity and low computational cost. The first part of the paper introduces different attitude determination and control algorithms, and reviews resources that utilized optimal linear and nonlinear control methods (such as LQR and SDRE). Next, dynamic equations for the control of the satellite using reaction wheels have been extracted, then the satellite controller has been designed by using optimal linear and nonlinear methods, which are robust against noise and disturbance, ...
بیشتر
Linear algorithms are the most widely used method for satellite attitude control using reaction wheels because of their simplicity and low computational cost. The first part of the paper introduces different attitude determination and control algorithms, and reviews resources that utilized optimal linear and nonlinear control methods (such as LQR and SDRE). Next, dynamic equations for the control of the satellite using reaction wheels have been extracted, then the satellite controller has been designed by using optimal linear and nonlinear methods, which are robust against noise and disturbance, as an alternative for the PD controller. Finally, the designed control algorithms have been implemented for different satellite pointing scenarios, and by simulating these methods in MATLAB software, their performance has been studied and compared.
احسان معانی؛ حسین نجات پیشکناری؛ امیررضا کوثری
دوره 11، شماره 3 ، آذر 1397، ، صفحه 63-71
چکیده
در این مقاله، کنترل وضعیت ماهواره با استفاده از ترکیب چرخ عکس العملی و تراستر مورد بررسی قرار می‌گیرد. پس از استخراج معادلات حاکم بر دینامیک وضعیت ماهوراه، از روش کنترلی PID برای تعیین گشتاور کنترلی مناسب استفاده میشود. با در نظر گرفتن مدل و قیود حاکم بر چرخ عکس العملی، مومنتوم زاویهای و گشتاور اعمالی چرخهای عکس العملی ...
بیشتر
در این مقاله، کنترل وضعیت ماهواره با استفاده از ترکیب چرخ عکس العملی و تراستر مورد بررسی قرار می‌گیرد. پس از استخراج معادلات حاکم بر دینامیک وضعیت ماهوراه، از روش کنترلی PID برای تعیین گشتاور کنترلی مناسب استفاده میشود. با در نظر گرفتن مدل و قیود حاکم بر چرخ عکس العملی، مومنتوم زاویهای و گشتاور اعمالی چرخهای عکس العملی به دست آمده و برای شرایط اولیه مختلف آنالیز می گردد. نتایج بهدست آمده نشان میدهد تا زمانی که چرخ ها اشباع نشده اند، کنترل وضعیت با استفاده از چرخ ها با دقت مناسب صورت می گیرد ولی با اشباع چرخ ها کنترل وضعیت به درستی صورت نگرفته و زوایای اویلر به شدت افزایش می یابد. برای اشباع زدایی چرخ ها از تراستر استفاده می شود به طوریکه هم مومنتوم زاویه ای چرخ ها کاهش یابد و هم وضعیت ماهواره به مقدار مطلوب کنترل شود. سه استراتژی مختلف برای کاهش دور چرخ ها با روشهای PWM و PWPF ارائه شده و نتایج مقایسه شده و روش مناسب برای کنترل وضعیت و از اشباع خارج ساختن چرخ های عکس‌العملی ارائه می گردد. نتایج این مقاله می تواند برای کنترل وضعیت ماهوراه های مشابه نیز مفید واقع شود.
فرهاد فانی صابری؛ منصور کبگانیان؛ علیرضا فضل‌یاب؛ عباس آجرکار
دوره 9، شماره 1 ، خرداد 1395، ، صفحه 25-35
چکیده
در این مقاله، یک الگوریتم کنترل وضعیت مقاوم، مبتنی بر روش کنترل پسگام- مد لغزشی برای یک ماهواره با استفاده از چهار چرخ عکس‌العملی با ساختار هرمی طراحی شده است. پایداری مجانبی الگوریتم ارائه شده با کمک تئوری لیاپانوف در حضور دینامیک چرخ عکس‌العملی اثبات شده است. سپس یک بستر تست پردازشگر در حلقه کم هزینه و بلادرنگ به منظور ارزیابی عملکرد ...
بیشتر
در این مقاله، یک الگوریتم کنترل وضعیت مقاوم، مبتنی بر روش کنترل پسگام- مد لغزشی برای یک ماهواره با استفاده از چهار چرخ عکس‌العملی با ساختار هرمی طراحی شده است. پایداری مجانبی الگوریتم ارائه شده با کمک تئوری لیاپانوف در حضور دینامیک چرخ عکس‌العملی اثبات شده است. سپس یک بستر تست پردازشگر در حلقه کم هزینه و بلادرنگ به منظور ارزیابی عملکرد کنترلر وضعیت طراحی شده، ساخته شده است. این بستر توانایی ارزیابی بلادرنگ کنترل وضعیت پسگام- مد لغزشی را دارد. در این بستر، مدل‌سازی بلادرنگ دینامیک ماهواره، اغتشاشات محیطی وارد بر آن و مدل دقیق چرخهای عکس‌العملی در کامپیوتر شبیه‌ساز انجام شده و الگوریتم کنترل وضعیت طراحی شده برای تحقق مأموریت ماهواره، بهصورت زمان حقیقی بر روی الکترونیک وضعیت پیاده‌سازی و عملکرد آن مورد بررسی قرار گرفته است.
حجت طائی؛ مهران میرشمس؛ مهدی قبادی؛ محمد امین وحید دستگردی؛ حسن حقی
دوره 8، شماره 4 ، دی 1394، ، صفحه 35-44
چکیده
This article describes the details of a Tri-axial Spacecraft Simulator Testbed (TSST) that has been developed as part of a research program on spacecraft multi-body rotational dynamics and control in Space Research Laboratory (SRL) at K. N. Toosi University of Technology. This dumbbell style simulator includes a variety of components: spherical air-bearing, inertial measurement unit (IMU), rechargeable battery, reaction wheels (RW), on-board computer (OBC) and balancing masses. In this paper, an attitude control problem for the spacecraft simulator actuated by three reaction wheels is studied. ...
بیشتر
This article describes the details of a Tri-axial Spacecraft Simulator Testbed (TSST) that has been developed as part of a research program on spacecraft multi-body rotational dynamics and control in Space Research Laboratory (SRL) at K. N. Toosi University of Technology. This dumbbell style simulator includes a variety of components: spherical air-bearing, inertial measurement unit (IMU), rechargeable battery, reaction wheels (RW), on-board computer (OBC) and balancing masses. In this paper, an attitude control problem for the spacecraft simulator actuated by three reaction wheels is studied. Under the assumption of uniform gravity and frictionless air-bearing environment, reaction wheels generate control moments about the roll, pitch and yaw axes of the base body. The control objective is to perform attitude commands sent from users with the least power consumption and a high precision. To handle the non-linear model, a Linear Quadratic Ricatti (LQR) controller has been programmed and it efficaciously controlled the computer-modeled simulator for any given slewing maneuver. This control approach has been developed to facilitate the system to accomplish large-angle, three-axis slewing maneuvers using RWs as effective actuators.
علیرضا آقالاری؛ مرتضی ایرانزاد
دوره 6، شماره 1 ، فروردین 1392، ، صفحه 79-91
چکیده
میزان کارایی ماهواره‌های تصویربرداری جهت انجام مأموریت بستگی زیادی به میزان ثبات ماهواره در وضعیت موردنظر دارد. ارتعاشات بسیار کوچک می‌تواند تأثیر منفی در کیفیت تصاویر داشته باشد. این ارتعاشات ممکن است به وسیله سیستم‌های مکانیکی و حسگرهایی که در ماهواره نصب شده‌اند ایجاد شود. اما مهمترین عامل تولید، چرخهای عکس‌العملی هستند. ...
بیشتر
میزان کارایی ماهواره‌های تصویربرداری جهت انجام مأموریت بستگی زیادی به میزان ثبات ماهواره در وضعیت موردنظر دارد. ارتعاشات بسیار کوچک می‌تواند تأثیر منفی در کیفیت تصاویر داشته باشد. این ارتعاشات ممکن است به وسیله سیستم‌های مکانیکی و حسگرهایی که در ماهواره نصب شده‌اند ایجاد شود. اما مهمترین عامل تولید، چرخهای عکس‌العملی هستند. بنابراین مدل‌سازی دقیق اغتشاشات چرخهای عکس‌العملی برای پیش‌بینی تأثیر آنها بر روی سازة ماهواره و در نتیجه کارایی ماهواره و نیز ایجاد روش‌هایی برای کنترل ارتعاشات ناخواسته امری ضروری است. در مقالة حاضر دو نوع مدل برای پیش‌بینی اغتشاشات چرخ عکس‌العملی ارائه میشود. اولین مدل، یک مدل تجربی است که بر اساس داده‌های حاصل از تست گیردار چرخ عکس‌العملی آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده توسط نگارنده و همکاران استوار است. داده‌های تست متشکل از نیروها و گشتاورهای اغتشاشی هستند که با استفاده از یک حسگر نیروی شش محوره در سرعت‌های چرخشی یکنواخت مختلف اندازه‌گیری شده‌اند. در این مدل فرض بر آن است که اغتشاشات شامل هارمونی‌های مجزا از سرعت دورانی چرخ عکس‌العملی است که در آن دامنة هر هارمونی با مربع سرعت دوران چرخ متناسب است. این مدل قادر به پیش‌بینی اثر مودهای سازه‌ای چرخ عکس‌العملی نیست. برای این منظور یک مدل غیرخطی که براساس روش انرژی برای پیش‌بینی نیروها و گشتاورهای اغتشاشی (شش درجه آزادی) در هارمونی‌های اصلی چرخ عکس‌العملی ایجاد شده است، ارائه می‌گردد. سپس جهت لحاظ نمودن هارمونی‌های دیگر، مدل تحلیلی مذکور با مدل اول ترکیب شده و مدل بسط‌یافته ایجاد میشود. در نهایت به‌منظور بررسی و اعتبارسنجی مدل‌ها، مقایسه‌ای بین نتایج حاصل از دو مدل و داده‌های تست انجام میشود
فرهاد فانی صابری؛ امیر اسلامی مهرجردی
دوره 5، شماره 4 ، دی 1391، ، صفحه 39-45
چکیده
در این مقاله، طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره سنجش از دور با استفاده از 4 چرخ عکس‌العملی با ساختار هرمی و به‌منظور تصویربرداری استریو مطرح میشود. در این روش، به‌منظور تأمین بخشی از توان مورد نیاز ماهواره توسط انرژی ذخیره شده در چرخهای عکس‌العملی، یک قانون مدیریت توان برای شارژ و دشارژ انرژی چرخ‌ها مطابق با پروفایل از پیش ...
بیشتر
در این مقاله، طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره سنجش از دور با استفاده از 4 چرخ عکس‌العملی با ساختار هرمی و به‌منظور تصویربرداری استریو مطرح میشود. در این روش، به‌منظور تأمین بخشی از توان مورد نیاز ماهواره توسط انرژی ذخیره شده در چرخهای عکس‌العملی، یک قانون مدیریت توان برای شارژ و دشارژ انرژی چرخ‌ها مطابق با پروفایل از پیش تعیین شده طراحی و به قانون کنترل وضعیت افزوده می گردد، بهگونهای که کنترل وضعیت ماهواره و مدیریت توان ذخیره شده در چرخهای عکس‌العملی به طور همزمان انجام میپذیرد. در این روش، هنگامیکه ماهواره در روشنایی قرار دارد و باتریها شارژ هستند، سرعت چرخ‌ها تا حد مجاز افزایش مییابد و هنگامیکه توان مورد نیاز برای زیرسیستمها ناکافی باشد، با کاهش سرعت چرخ‌ها توان مورد نیاز به سیستم بازگردانده میشود. در طراحی این سیستم، اثر اشباع چرخ‌ها نیز بهگونهای منظور شده است که در صورت انجام مدیریت توان مطابق پروفایل از پیش تعیین شده، دقت کنترل وضعیت ماهواره تا حد امکان دچار اختلال نشود. نتایج شبیهسازی بیانگر کارایی مناسب سیستم کنترل وضعیت ماهوارهدر حضور سیستم مدیریت توان طراحی شده است.
امیرحسین توکلی؛ احمد کلهر؛ سیدمحمدمهدی دهقان
دوره 5، شماره 2 ، تیر 1391، ، صفحه 59-68
چکیده
در این مقاله عملکرد و کارآیی یک شبیه‌ساز سه درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته است. این پلتفرم یک ابزار آزمایشگاهی مهماست که برای بررسی عملکرد زیر سیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دستگاه از یاتاقان هوایی نیم‌کره‌ای برای ایجاد شرایط تعلیق و جاذبة صفر و از چرخ عکس‌العملی نمونه‌‌سازی شده به عنوان ...
بیشتر
در این مقاله عملکرد و کارآیی یک شبیه‌ساز سه درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته است. این پلتفرم یک ابزار آزمایشگاهی مهماست که برای بررسی عملکرد زیر سیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این دستگاه از یاتاقان هوایی نیم‌کره‌ای برای ایجاد شرایط تعلیق و جاذبة صفر و از چرخ عکس‌العملی نمونه‌‌سازی شده به عنوان عملگر کنترل وضعیت استفاده شده است. یک حسگر ترکیبی یکپارچه نیز برای تعیین وضعیت به کار میرود. امکان ارسال فرمان و مشاهدة پارامترهای عملکردی پلتفرم در ایستگاه مانیتورینگ با استفاده از کارت شبکة بیسیم امکانپذیر است. برای ارزیابی عملکرد و کارآیی سیستم، کنترلرهای وضعیت PD، QEFو LQR برای سیستم طراحی شده و مانور تغییر وضعیت با استفاده از آنها انجام شده است. نتایج آزمایشهای عملی علاوه بر اثبات عملکرد مناسب کنترلرهای طراحی شده، قابلیت و کارآیی سیستمطراحی شده را به عنوان شبیه‌ساز برای پیاده‌سازی و ارزیابی کنترلرهای وضعیت ماهواره نشان می دهد
سید حسن میری رکن‌آبادی؛ سید مهران میرشمس؛ امیرعلی نیکخواه
دوره 2، شماره 3 ، دی 1388، ، صفحه 35-42
چکیده
در این مقاله مدل‌سازی مانور وضعیت بهینة هر ماهواره برای تحصیل وضعیت مطلوب با استفاده از عملگرهای فعال چرخ عکس‌العملی انجام گرفته است. بدین ترتیب، ابتدا دینامیک حرکت وضعی ماهواره‌‌ای که در سیستم کنترل وضعیت آن از چرخهای عکس‌العملی به‌عنوان عملگر فعال استفاده شده است؛ استخراج و معادلات به صورت فضای حالت بیان شده‌اند. به منظور ...
بیشتر
در این مقاله مدل‌سازی مانور وضعیت بهینة هر ماهواره برای تحصیل وضعیت مطلوب با استفاده از عملگرهای فعال چرخ عکس‌العملی انجام گرفته است. بدین ترتیب، ابتدا دینامیک حرکت وضعی ماهواره‌‌ای که در سیستم کنترل وضعیت آن از چرخهای عکس‌العملی به‌عنوان عملگر فعال استفاده شده است؛ استخراج و معادلات به صورت فضای حالت بیان شده‌اند. به منظور استخراج معادلات دقیق، معادلات الکتریکی چرخ عکس‌العملی و دینامیک ماهواره کوپل شدهاست و روشهای اجتناب از اشباع چرخ عکس‌العملی نیز در مدل‌سازی وارد شده است. سپس کنترل بهینة مانور وضعیت ماهواره با چرخ عکس‌العملی، و قانون کنترلی تنظیمکنندة درجة دوم خطی (LQR) با موفقیت انجام شده است. نتایج شبیهسازی با دیگر مراجع مرتبط با موضوع مقایسه شده است و حکایت از آن دارد که ماهوارة مفروض پس از گذشت اندک زمانی و با اعمال تلاش کنترلی حداقل به وضعیت دلخواه برسد و پایدار شود. همچنین مانور سریع وضعیت برای چرخش سریع ماهواره و تحصیل وضعیت مطلوب ارائه شده است.
سید حسن میری رکن‌آبادی؛ مهران میرشمس؛ امیرعلی نیکخواه
دوره 2، شماره 2 ، تیر 1388، ، صفحه 61-68
چکیده
در این مقاله گزارشی از مدل‌سازی، طراحی و ساخت و همچنین تست‌های یکی از مهمترین عملگرهای فعال در سیستم کنترل وضعیت ماهواره یعنی چرخ عکس‌العملی ارائه شده است. با توجه به نیازمندی‌های ماموریت از جمله گشتاور ماکزیمم و دقت مورد نیاز جهت کنترل وضعیت یک شبیه‌ساز ماهواره و همچنین محدودیت‌های تعریف شده از جمله محدودیت توان، ولتاژ و جریان ...
بیشتر
در این مقاله گزارشی از مدل‌سازی، طراحی و ساخت و همچنین تست‌های یکی از مهمترین عملگرهای فعال در سیستم کنترل وضعیت ماهواره یعنی چرخ عکس‌العملی ارائه شده است. با توجه به نیازمندی‌های ماموریت از جمله گشتاور ماکزیمم و دقت مورد نیاز جهت کنترل وضعیت یک شبیه‌ساز ماهواره و همچنین محدودیت‌های تعریف شده از جمله محدودیت توان، ولتاژ و جریان قابل وصول، طراحی و انتخاب اجزای اصلی چرخ عکس‌العملی از جمله چرخ طیار، موتور، بیرینگها، نگهدارندهها و دیگر اجزای آن انجام شده و ساخت و مونتاژ چرخ عکس‌العملی تکمیل گردیده است. سپس با راهاندازی و تست چرخ عکس‌العملی ساختهشده،پارامترهای اساسی این مجموعه شناسایی شده تا از صحت عملکرد آن در فرآیند پایدارسازی و مانورهای وضعیت شبیه‌ساز ماهواره اطمینان حاصل گردد.
