مدل سازی ماهواره با صفحات خوشیدی انعطاف پذیر و کنترل مقاوم آن با ژیروسکوپ ممان کنترل
چکیده
در این تحقیق مدل دینامیکی ماهواره مجهز به ژیروسکوپهای ممان کنترل و صفحات خورشیدی انعطاف پذیر ارائه شده است. در مدل ارائه شده تعداد، موقعیت و راستای محور گیمبالها به صورت دلخواه انتخاب شده و علاوه بر اینرسی روتورها، اینرسی گیمبالها نیز لحاظ شده است. همچنین یک مدل جدید از صفحات خورشیدی برای حرکتهای سه بعدی پیشنهاد و با مدلهای موجود مقایسه شده است. در مدل پیشنهادی هر صفحه خورشیدی به صورت صلب فرض شده و اتصال آن به بدنه ماهواره از طریق مفصل لولایی، فنر و دمپر پیچشی در نظر گرفته شده است. معادلات غیرخطی حاکم بر رفتار سیستم به روش کین استخراج و برای یک چیدمان هرمی ژیروسکوپها، به روش عددی حل شده و با نتایج حاصل از مدل ایجاد شده در محیط نرم افزار adams مقایسه و مورد تائید قرار گرفته است. به موازات، مدل تیر اویلر-برنولی صفحات خورشیدی انعطاف پذیر معرفی شده است. نهایتا مدل کاملی از ماهواره با صفحات خورشیدی که در آن صفحات به فرم المان محدود مدل شده اند نیز به عنوان مدل مرجع ارائه شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که مدل تیر اویلر-برنولی حرکت سه بعدی ماهواره را به درستی شبیه سازی نمی کند؛ درحالی که مدل صفحات مفصل بندی شده ارائه شده در این تحقیق، نتایج دقیقی را در حرکتهای سه بعدی ماهواره فراهم می آورد. در ادامه، سیستم کنترل جهت ماهواره مجهز به ژیروسکوپهای ممان کنترل ارائه شده است. سیستم فوق به دو زیر سیستم کنترل سرعت زاویه ای گیمبال ژیروسکوپها و کنترل جهت بدنه ماهواره تفکیک شده و برای هر زیرسیستم کنترلرهای مناسبی به روشهای lqr، hinf و سنتز mu طراحی شده است. به منظور استفاده از مدلهای ارائه شده جهت طراحی کنترلرهای پیشنهادی، جملات غیر خطی در معادلات سیستم با جملات خطی شامل عدم قطعیتهای پارامتریک و جملاتی به فرم اغتشاش جایگزین شده اند. همچنین اثرات دینامیک مدل نشده مودهای با فرکانس بالاتر صفحات خورشیدی و اصطکاک سیستم ژیروسکوپها لحاظ شده است. عملکرد کنترلرهای ، hinf و سنتز mu طراحی شده برای هر یک از زیر سیستمهای کنترل سرعت زاویه ای گیمبال ژیروسکوپها و کنترل جهت بدنه ماهواره با یکدیگر مقایسه و مزیت کنترلر mu نسبت به دو کنترلر دیگر نشان داده شده است. در ادامه، عملکرد کنترلر mu بر روی مدل غیر خطی سیستم نیز مورد ارزیابی قرار گرفته و توانایی کنترلر mu برای کنترل جهت و پیروی از ورودی مبنا بر روی مدل غیرخطی به اثبات رسیده است.