تخمین و مدلسازی اغتشاشات چرخ عکس العملی ماهواره با استفاده از سنسور شتاب و نیرو

چکیده مقاله :

چرخ‌ عکس‌العملی یکی از حساس‌ترین مسائل مهم مربوط به رانشگرهای فضایی می‌باشد که به راحتی دستخوش اغتشاشات می‌شود. حفظ وضعیت ماهواره و توانایی در کنترل وضعیت آن بدلیل پر هزینه بودن پروژه‌های طراحی و ساخت، یکی از مهمترین مسائل مطرح شده این روزها می‌باشد. برای بهبود این روند، شناسایی و مدل کردن اغتشاشات و تحلیل تاثیرات آن بر پارامترهای سیستم جهت شناسایی و نقطه‌یابی نقص، از اهمیت بسیاری برخوردار می‌باشد. در نتیجه شناسایی و تخمین دقيق اغتشاشات وارده بر چرخ‌هاي عكس‌العملي و بررسی تاثیر این ورودی‌های نامعین بر متغیرهای حالت سیستم، امری ضرروی برای آشکار شدن وضعیت داخلی فضا‌پیما و شناسایی نقص آن می‌باشد. در این راستا، از یک رویتگر جدید جهت تخمین بردار ورودی نامعین اغتشاش و بردار حالت سیستم استفاده شده‌است. با در نظر گرفتن دینامیک میکرواغتشاش متغیر با زمان آنبالانس چرخ، ماتریس‌های طراحی رویتگر پیشنهادی در هر لحظه از زمان با انجام یک سری محاسبات ناتساوی‌های ماتریسی (LMI) بدست می‌آیند که همگرایی و پایداری خطای تخمین این روش بر اساس قضیه لیاپانوف (Lyapunov) اثبات شده است. نتایج طی یک سری شبیه‌سازی‌های انجام شده در نرم افزار MATLAB جهت تخمین ورودی بردار نامعین و بردار حالت مدل میکرواغتشاش در بخش چهار ارائه می‌شوند.

چکیده انگلیسی :

These days, in many sensitive mechanical systems, identifying and modeling disturbances and analyzing their effects on system parameters is very important to identify to and spot defects. As a result, accurate identification and estimation of disturbances in vibration-sensitive systems and investigation of the effect of these indeterminate inputs on system state variables is essential to reveal the internal state of the system and identify its defects. In this regard, a robust observer has been used to estimate the indefinite perturbation input vector and the system mode vector. For example, by considering the dynamics of micro-turbulence variable with the time of an unbalanced reaction wheel, the proposed observer design matrices are obtained at any point in time by performing a series of matrix inequality (LMI) calculations. The convergence and stability of the estimation error of this method have been proved based on Lyapunov theorem. The results are presented in a series of simulations performed in MATLAB software to estimate the input of indeterminate vector and model state vector.

منابع و مأخذ:

Oh, H.S. and Cheon, D.I., 2005. Precision measurements of reaction wheel disturbances with frequency compensation process. Journal of Mechanical Science and Technology, 19(1), p.136.
A.Aghalari, M, Iranzad, 2013. “Reaction Wheel Disturbance Models”, JSST
Scale Manufacturers Association, “Load Cell Application and Test Guideline “Approved April 2010, Scale Manufacturers Association PO Box 26972 Columbus, Ohio. 4. H. A. Varol, “Augmenting Variable Stiffness Actuation Using Reaction Wheels “August 25, 2016, Department of Robotics and Mechatronics, Nazarbayev University, Astana Z05H0P9, Kazakhstan.
Liu, K.C., Maghami, P. and Blaurock, C., 2008, August. Reaction wheel disturbance modeling, jitter analysis, and validation tests for solar dynamics observatory. In AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit (p. 7232).
Xiao, B., Hu, Q., Singhose, W. and Huo, X., 2013. Reaction wheel fault compensation and disturbance rejection for spacecraft attitude tracking. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 36(6), pp.1565-1575.
Yadegari, H., Chao, H. and Yukai, Z., 2016, July. Finite time sliding mode controller for a rigid satellite in presence of actuator failure. In 2016 3rd International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE) (pp. 1327-1331). IEEE.
R. A. Masterson, D. W. Miller, and R. L. Grogan, “Development and Validation of Reaction Wheel Disturbance Models: Empirical Model,” Journal of Sound Vibration, vol. 249, pp. 575–598, Jan. 2002.
Z. Zhang, G. S. Aglietti, and W. J. Ren, “Microvibration model development and validation of a cantilevered reaction wheel assembly,” in Vibration, Structural Engineering and Measurement II, vol. 226 of Applied Mechanics and Materials, pp. 133–137, Trans Tech Publications, 11 2012.
Le, M.P., 2017. Micro-disturbances in reaction wheels.
D.-K. Kim, “Micro-vibration model and parameter estimation method of a reaction wheel assembly,” Journal of Sound and Vibration, vol. 333.
M. Darouach and M. Boutayeb, “Design of observers for descriptor systems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 40, pp. 1323–151327, July 1995.
Darouach, M., 2009. “H_∞ Unbiased Filtering for Linear Descriptor Systems via LMI. IEEE Transactions on Automatic Control, 54(8), pp.1966-1972.
M. Darouach, L. Boutat-Baddas, and M. Zerrougui, “H_∞ observers design for a class of nonlinear singular systems,” Automatica, vol. 47, no. 11, pp. 2517 – 2525, 2011.