توسعة کنترل وضعیت ماژول زیرمداری با عملگرهای پیشرانش گاز سرد و استفاده از پسخور کواترنین

نویسندگان

چکیده

در این تحقیق توسعة روش کنترل وضعیت برای ماژول زیرمداری، با استفاده از پیشرانه‌های گاز سرد و کاربرد روش ماتریس خطایِ کواترنین برای مأموریت کوتاه مدتِ ماژول فضایی انجام گرفته است. فرمان‌‌های کنترل وضعیت از سیستم هدایت صادر شده و به کنترلر مبتنی بر کواترنین داده می‌شود تا میزان گشتاور لازم هر محور محاسبه شود. سیستم تحت کنترل دارای معادلات دینامیکِ حرکتِ وابسته و غیر خطی بوده و در ترکیب با پیشرانه‌های گاز سرد با عملکرد غیرخطی و ناپیوسته، دینامیک پیچیده‌ای حاصل می‌شود. قانونِ کنترلِ غیر خطی بر اساس تعریف ماتریسِ خطایِ کواترنین به همراه کاربرد مدولاتورِ سیگنالِ فرمان که زمان خاموش و روشن بودن پیشرانه‌ها را مدوله می‌کند، برای فرمان به پیشرانه‌ها طراحی شده است. از ویژگی‌های این طراحی اجتناب از تکینگی موجود در طراحی‌های مبتنی بر زوایای اویلر و عملکرد مطلوب برای زوایایِ فرمانِ بزرگ و با نرخ چرخش بالاست. در شبیه‌سازی، اثرات اغتشاشات خارجی و نامعینیِ مدلِ سیستم بررسی شده است که نشان از عملکرد مطلوب کنترل طراحی شده برای کاربرد در ماژول فضایی مورد نظر در مأموریت خواسته شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Developing Attitude Control for Suborbital Module Based on Cold Gas Thrusters and Using Quaternion Feedback

نویسندگان [English]

  • فضل‌اله موسوی
  • جعفر روشنی‌یان
  • رضا امامی
چکیده [English]

This paper presents the control design for large angle and high rotation rates maneuvers using reaction cold gas thrusters. Navigation system provides suborbital attitude changes in terms of quaternion. Cold gas thrusters with pulse-width pulse-frequency modulation provide nearly proportional control torques. The use of quaternion as attitude errors for large angle feedback control in a suborbital capsule is investigated. Numerical simulations demonstrate the practical feasibility of a three-axis large angle maneuver.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Quaternion
  • Attitude control
  • Suborbital Module
  • Reaction control system
  • Cold gas thruster
  • Simulation