طراحی و شبیه سازی سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره سه محوری با استفاده از گشتاوردهنده های مغناطیسی و چرخ ممنتم
Abstract
هدف از اجرای این پروژه کنترل و پایدارسازی وضعیت ماهواره سه محوره با بکارگیری گشتاوردهنده های مغناطیسی و چرخ ممنتم به عنوان عملگر است . این کار بصورت ترکیبی از طراحیهای تئوریک و ملاحظات عملی صورت پذیرفته است . در این راستا معادلات غیرخطی چند متغیره سیستم با فرض صلبیت ماهواره بطور کامل استخراج می گردد. سپس عملگرهای مورد استفاده در سیستم کنترل وضعیت ماهواره مورد بررسی قرار می گیرد. گشتاوردهنده های مغناطیسی همواره بعنوان یک عملگر ساده، ارزان با توان مصرفی پایین مورد توجه طراحان ماهواره بوده است ولی بدلیل عدم توانایی این عملگر جهت کنترل همزمان سه محور لزوم استفاده از یک عملگر دیگر همراه با گشتاوردهنده های مغناطیسی اجتناب ناپذیر می شود. این عملگر چرخهای کنترل اندازه حرکت زاویه ای است که اندازه حرکت زاویه ای ماهواره را بنحوی تغییر می دهند که اندازه حرکت زاویه ای حرکت کل زاویه ای کل ماهواره تغییر ننماید. طراحی کنترل کننده برای این سیستم چند متغیره غیرخطی با بکارگیری عملگرهای فوق الذکر و با ملحوظ نمودن برخی ملاحظات عملی صورت گرفته است . این ملاحظات عمدتا مربوط به محدودیت گشتاور مکانیکی حاصل از گشتاوردهنده های مغناطیسی و حضور گشتاورهای اختلالی ناشی از منابعی همچون تشعشعات خورشیدی، نیروهای آئرودینامیکی و گرادیان جاذبه ای می باشد. لذا کنترل کننده می بایست توانایی مقابله با این گشتاورهای اختلالی را دارا باشد. علاوه بر این گشتاورهای کنترلی مورد نیاز در محدوده توانایی عملگرهای مغناطیسی قرار گیرد. بدین منظور دو روش کنترل کننده pid چند متغیره و lqg/ltr مورد استفاده قرار گرفته است . طراحی به روش pid چند متغیره بر اساس جایابی قطبهای حلقه بسته صورت گرفته و روش lqg/ltr بر اساس تئوری کنترل بهینه بنا شد. به این ترتیب نشان داده می شود که کنترل وضعیت ماهواره سه محوره با بکارگیری گشتاوردهنده های مغناطیسی و چرخ ممنتم و با استفاده از قوانین کنترل pid و lqg/ltr و همچنین با در نظر گرفتن برخی ملاحظات عملی قابل حصول است .