کنترل وضعیت فضاپیما با روش کنترل غیرخطی لیاپانوف با احتساب مد تلاطم چندگانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 کارشناسی‌ارشد، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

پدیده تلاطم سیال در مخزن فضاپیما باعث ناپایداری و خارج شدن وضعیت آن از حالت مطلوب می‌گردد. این مسئله به ویژه در حین انجام مانور مداری از اهمیت بالایی برخوردار است. به طوری که عدم توجه به آن منجر به شکست مأموریت فضایی خواهد شد. در این مقاله برای اولین بار از مدل دو توپ پالسی متحرک برای مدل‌سازی تلاطم سوخت در مخزن نیمه‌پر فضاپیما استفاده شده است و همچنین برای اولین بار، برای کنترل همزمان وضعیت فضاپیما و تلاطم سوخت از طراحی سه کنترلگر کلاسیک، کنترلگر تنظیم‌کننده بهینه و کنترلگر غیرخطی بر پایه لیاپانوف استفاده شده است. تلاطم سوخت با استفاده از مدل دوتوپ پالسی مدل‌سازی و معادلات دینامیکی کل سیستم با استفاده از معادلات انرژی لاگرانژ استخراج شده است. مانور فضاپیما و حرکت توپ‌های پالسی در صفحه در نظر گرفته شده و در نتیجه سیستم کوپل شده فضاپیما و دو توپ پالسی دارای پنج درجه آزادی خواهد بود. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که مدل‌سازی ارائه شده برای تلاطم و کنترلگرهای طراحی شده برای کنترل همزمان تلاطم و وضعیت فضاپیما دارای عملکرد بسیار خوبی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • DU Hui and ZHANG Honghua, Attitude Control for a Kind of Spacecraft with Fuel Slosh, Aerospace Control and Application, Vol.36, No.2, 25-30, 2010.
  • Tang Y. and Yue B., Simulation of large-amplitude three-dimensional liquid sloshing in spherical tanks, AIAA Journal 55(6): 2052–2059, 2017.
  • Li Q., Ma X. and Wang T., Equivalent mechanical model for liquid sloshing during draining, Acta Astronautica 62 (1-2) (2011) 91-100.
  • Navabi M., Davoodi A., Reyhanoglu M., Optimum fuzzy sliding mode control of fuel sloshing in a spacecraft using PSO algorithm, Acta Astronautica, Volume 167, Pages 331-342, 2020.
  • Deng M. and Yue B., Attitude tracking control of flexible spacecraft with large amplitude slosh, Acta Mech. Sin.33, pp. 1095–1102, 2017.
  • Shageer H. and Tao G., Modeling and Adaptive Control of Spacecraft with Fuel Slosh: Overview and Case Studies, AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, AIAA 2007-6434, pp. 1-19, 2007.
  • Sidi M.J., Spacecraft Dynamics and Control, a Practical Engineering Approach, Cambridge University Press, pp. 291-316, 1997.
  • Liu F., Yue B., Zhao L., Attitude Dynamics and Control of Spacecraft with a Partially filled Liquid Tank and Flexible Panels, Acta Astronautica 143 ,(2018) pp 327-336.
  • Yu X.S. and Yun Q., Using Sliding Mode Control Method to Suppress Fuel Sloshing of a Liquid-Filled Spacecraft, 27th Chinese Control and Decision Conference, pp. 1268-1273, 2015.
  • Bandyopadhyay B., Gandhi P.S. and Kurode S., Sliding Mode Observer Based Sliding Mode Controller for Slosh-Free Motion Through PID Scheme, IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 56, No. 9, pp. 3432-3442, 2009.
  • Souza A.G. and Souza L.C.G., Design of Satellite Attitude Control System Considering the Interaction between Fuel Slosh and Flexible Dynamics, 11th International Conference on Vibration problems, pp. 1-10, 2013.
  • Ibrahim R.A., Liquid Sloshing Dynamics, Theory and Applications, Cambridge University Press, pp. 296-334, 2005.
  • Reyhanoglu M., Maneuvering Control Problem for a Spacecraft with Unactuated Fuel Slosh Dynamics, IEEE Conference on Control Applications, pp. 695-699, 2003.
  • Deng M., Huang H., Li Z., Yue B., Lin Y. and Liu G., Coupling Dynamics of Flexible Spacecraft Filled with Liquid Propellant, Journal of Aerospace Engineering. Vol 32, pp. 10-21, 2019.
  • نوابی محمد، داودی علی. مدل‌سازی تلاطم سوخت در یک فضاپیما و کنترل آن به‌وسیله روش کنترل فعال با استفاده از کنترل غیرخطی. مهندسی مکانیک مدرس. ۱۳۹۸; ۱۹ (۹) :۲۱۲۸-۲۱۲۱.
  • Reyhanoglu M. and Hervas R., Nonlinear Control of a Spacecraft with Multiple Fuel Slosh Modes, Conference on Decision and Control and European Control Conference, pp. 6192-6197, 2011.
  • Reyhanoglu M. and Hervas R., Robotically controlled sloshing suppression in point-to-point liquid container transfer, Journal of Vibration and Control, 19 (14) 2137-2144, 2012.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار