Abstrakti

jäykillä ja joustavilla komponenteilla varustettujen satelliittien asennonohjausjärjestelmät vaativat yhä parempaa suorituskykyä, mikä johtaa useiden menetelmien ohjauksen kehittämiseen. Tästä syystä tällä hetkellä käytettävissä olevat ohjausmenetelmät, mukaan lukien parametrit ja valtiot estimointi, vankka ja mukautuva ohjaus sekä lineaarinen ja epälineaarinen teoria, tarvitsevat enemmän tutkimusta tietääkseen niiden valmiudet ja rajoitukset. Tässä asiakirjassa tutkittu tekniikka on H-Infinity menetelmä suorituskyvyn Asennonsäätöjärjestelmä jäykkä-joustava Satelliitti.

1. Johdanto

valvottavien järjestelmien ja prosessien nopea monimutkaistuminen on edistänyt pitkälle kehitettyjen analyysi-ja suunnittelumenetelmien kehittämistä. Zamesin esittelemä H-Äärettömyysohjausteoria on yksi edistyneistä tekniikoista ja sen soveltaminen useissa ohjausongelmissa on kasvanut nopeasti.

joustavien rakenteiden työllistäminen on toinen valvontajärjestelmän ongelma, joka on myös kasvanut. Joustavat järjestelmät tarjoavat useita etuja jäykkään järjestelmään verrattuna. Joitakin etuja ovat suhteellisen pienemmät toimilaitteet, pienempi kokonaismassa, nopeampi vaste, pienempi energiankulutus yleensä ja pienemmät kustannukset. Joustavilla antenneilla ja/tai paneeleilla ja robottikäsittelylaitteilla varustettujen tilarakenteiden Asennonhallintajärjestelmän (ACS) tutkimuksen myötä tulee monimutkaisemmaksi, kun tällaisten rakenteiden mitat kasvavat, koska mallissa on otettava huomioon suurempi määrä värähtelytiloja mallin uskollisuuden parantamiseksi . Esimerkkejä hankkeista, joihin liittyy joustavia avaruusrakenteita, ovat kansainvälinen avaruusasema (ISS), Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), Hubble-avaruusteleskooppi ja niin edelleen.

jäykässä ja joustavassa satelliitissa (RFS) ACS: n tehtävänä on vakauttaa ja suunnata satelliitti sen tehtävän aikana torjuen ulkoisia häiriöitä vääntömomentteja ja voimia. Tässä asiakirjassa on tutkittu monimuuttujainen ohjausmenetelmä RFS: n asennonsäätöön, joka koostuu jäykästä rungosta ja kahdesta joustavasta paneelista. Satelliittimallinnus rakennettiin Lagrangilaisen lähestymistavan mukaisesti ja diskretointi tehtiin oletetun moodin menetelmällä. Saadut liikeyhtälöt kirjoitettiin sen modaalitilamuodossa.

2. Jäykkä-joustava Satelliittimalli

kuvassa 1 on kuva tässä työssä käytetystä satelliitista, joka koostuu jäykästä kuutionmuotoisesta rungosta ja kahdesta joustavasta paneelista. Massakeskipiste satelliitin on pisteessä 0 alkuperä järjestelmän koordinaatit, joka on sama sen pääakselin inertia. Säteen muotoiset elastiset liitteet ovat yhteydessä keskuskappaleeseen, ja niitä käsitellään säntillisenä massana sen vapaassa ääripäässä. Pituus paneelin edustaa massa on edustettuna, ja on elastinen siirtymä suhteessa akseliin hitausmomentti jäykän kappaleen satelliitin suhteessa massakeskipisteeseen on hitausmomentti paneelin suhteessa omaan massakeskipisteeseensä on annettu

Kuva 1

Satelliittimalli.

3. Lagrangin lähestymistavassa liikkeen

yhtälöitä pidetään satelliitin liikkeen yhtälönä ympäri sisään ja paneelien kimmoisan siirtymän yhtälönä. Lagrangen yhtälöt ongelma voidaan kirjoittaa seuraavassa muodossa: in (3.1) on vääntömomentti reaktiopyörän, on Lagrangian, ja on pyörimiskulma satelliitin akselin ympäri (3.2) on hajoamisenergiaa liittyvät muodonmuutoksen paneelin se edustaa kunkin yleisen koordinaatit ongelma.

säteen taipumismuuttuja diskretoidaan käyttäen laajennusta, jossa se kuvaa diskretoinnissa omaksuttavien tapojen määrää ja edustaa jokaista systeemin omaa tilaa. Hyväksyttävät funktiot annetaan missä ja ovat vapaan järjestelmän eigenvalues ja unamped.

kokonaisen systeemin kokonaislineettinen energia saadaan siten, missä on paneelien tiheys ja on pinta-ala. Hajoamisenergiafunktio on missä on hajoamisvakio. Näin kertoo

In (3.8) on paneelien vakiojousitus. Joidenkin (3.8) käsittelyjen jälkeen ja käyttäen säteen värähtelymuotojen ortogonalisaatiomenetelmää , saadaan lopulta kaksi yhtälöä. Nämä yhtälöt edustavat satelliitin pyörimisliikkeen dynamiikkaa ja paneelien kimmosiirtymää vastaavasti, jossa termi epälineaarinen (3.10) määritellään keskihakujäykkyydeksi ja (3.11) on pietsosähköinen toimilaite, joka on mukautettu seuraaviin simulaatioihin, joissa pidetään (yksi tila), ja vakiot annetaan

4. H-Infinity Control Method

4.1. Johdanto

vuosien 1980 ja 1990 vuosikymmenten aikana H-Infinity-ohjausmenetelmällä oli merkittävä vaikutus ohjausjärjestelmien kehitykseen; nykyään tekniikka on täysin kehittynyt ja sitä sovelletaan teollisuuden ongelmiin . Kontrolliteoriassa vankan suorituskyvyn tai stabiloinnin saavuttamiseksi käytetään H-Infinity control-menetelmää. Ohjauksen suunnittelija ilmaisee ohjausongelman matemaattisena optimointiongelmana ohjaimen ratkaisun löytämisessä. tekniikoilla on etulyöntiasema klassisiin säätötekniikoihin nähden, joissa tekniikoita voidaan helposti soveltaa ongelmiin, joissa on monimuuttujajärjestelmiä, joissa kanavat ristikytketään keskenään; tekniikoiden haittapuolia ovat niiden soveltamiseen tarvittava korkea matemaattinen ymmärrys ja valvottavan järjestelmän kohtuullisen hyvän mallin tarve. Ongelmamuoto on tärkeä, koska mikä tahansa syntetisoitu ohjain on” optimaalinen ” muotoillussa mielessä.

nimi juontuu siitä, että matemaattisesti ongelma voidaan asettaa avaruuteen, joka koostuu kaikista rajoittuneista funktioista, jotka ovat analyyttisiä oikeanpuoleisessa kompleksitasossa. Emme mene näin pitkälle. Normi on funktion suurin yksittäinen arvo; sanokaamme, että se voidaan tulkita maksimivoitoksi mihin suuntaan tahansa ja millä tahansa taajuudella; Siso-järjestelmissä (Single In, Single Out) tämä on käytännössä taajuusvasteen suurin Suure. menetelmää käytetään myös minimoimaan häiriön suljetun silmukan vaikutus: ongelman muotoilusta riippuen vaikutusta mitataan joko vakautuksella tai suorituskyvyllä. Näin ollen voidaan päätellä, että projektinhallintajärjestelmien menettelyt ovat vaikeita, koska mainitut termit ovat ominaisuuksiltaan ristiriitaisia .

4.2. Mallinnus

tämä ongelma määritellään kuvan 2 konfiguraatiolla. “Kasvi” on annettu järjestelmä, jossa on kaksi tuloa ja kaksi lähtöä. Sitä kutsutaan usein yleistyneeksi kasviksi. Signaali on ulkoinen tulo ja edustaa ajosignaaleja, jotka tuottavat häiriöitä, mittamelua ja referenssituloja. Signaali on ohjaussyöttö. Ulostulo tarkoittaa ohjausvirhettä ja mieluiten sen pitäisi olla nolla. Lähtö, lopuksi, on havaittu ulostulo ja on saatavilla palautetta.

Kuva 2

Yleistynyt Kasvi.

hankkeen ohjausjärjestelmä perustuu annetaan yleisemmän tilan tilaa edustus standardin kasvi on ratkaisu vastaavan ongelman perustuu Riccati yhtälöt on toteutettu edellyttää seuraavia ehtoja on täytettävä: (1) (A, B2) on stabiloitavissa ja(C2, A)on havaittavissa, (2) D12 ja D21 on täysi listalla, (3) on täysi sarakkeen sijoitus kaikille (siten, D12 on pitkä), (4) on täysi sarakkeen listalla kaikille (siten, D21 on laaja).

täydennetty laitos muodostetaan laskemalla painotusfunktiot W1, W2 ja W3, kuten kuvassa 3 esitetään. Toiminnallisten tavoitteiden saavuttamiseksi tuotokset valittiin siirtopainofunktioiksi:

kuva 3

Plant painotus toimintoja suunnitteluun.

sekaherkkyyden funktiokustannus on annettu sille, missä sitä kutsutaan herkkyydeksi, se on täydentävä herkkyysfunktio, eikä sillä ole nimeä. Sekamelskan kustannusfunktio on nimetty samankaltaiseksi, koska se rankaisee ja samaan aikaan; voidaan myös sanoa projektin vaatimus. Siirtofunktio Z1: stä on painotettu herkkyysfunktio , joka luonnehtii hyvän seurannan suorituskykytavoitetta; siirtofunktio w: stä on täydentävä herkkyysfunktio, jonka minimointi takaa matalat säätövoitot korkeilla taajuuksilla, ja siirtofunktio w: stä is KS: ään, joka mittaa säätövoimaa. Sitä käytetään myös säätösyötteen rajoitteiden, esimerkiksi kyllästysrajojen asettamiseen.

5. Simulaatiot

simulaatiot toteutettiin Matlab-ohjelmiston laskennallisella toteutuksella. Nimikirjaimet ehdot käytetään tässä ovat rad. ja siistiä./ s. numeerisessa simulaatiossa fysikaalisten parametrien arvot on esitetty taulukossa 1.

parametri kuvaus arvo
J0 satelliitin jäykän rungon hitausmomentit 720 Kgm2
Jp paneelin hitausmomentti 40 Kgm2
k paneelien Vakiojousitus 320 Kgrad2 / s2
Kd Hajoamisvakio 0,48 Kgrad2 / s
L paneelin Pituus 2 m
m satelliitin massa 200 kg
Taulukko 1
parametrit.

menettely hankkeen on erilainen kuin muut ohjaushankkeet tietoa, kuten LQR (Lineaarinen Quadratic säädin) ja LQG (Lineaarinen Quadratic Gaussin) ; erona on painotusfunktioiden W1, W2 ja W3 käyttö, jossa ja muut annetaan missä rankaisee virhemerkkiä, rankaisee ohjausmerkkiä “” ja W3 rankaisee laitoksen poistumista on peräkkäisillä yrityksillä saatu parametri.

6. Tulokset

ensin analysoidaan järjestelmän avoin silmukka vaihteiston nollien (TZS) ja suljetun silmukan avulla. Tz: t ovat kriittisiä taajuuksia, joilla signaalin siirto tulon ja lähdön välillä pysäytetään. TZS: n käytön tärkeyden antaa niiden käyttö vankassa ohjauksessa, koska ne ovat MIMO-järjestelmän nollia. Taulukossa 2 on esitetty arvot.

Avaa Silmukka

Valvonta

Vaihteiston Nollat
Taulukko 2
Vaihteiston Nollat.

tämän jälkeen ACS: n valvontasuorituksia havainnoidaan kuvissa 4 ja 5.

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a)(b)
(b)

Kuva 4

kulma ja kulmanopeus.

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a)(b)
(b)

kuva 5

paneelien tärinä.

molemmissa kaavioissa, Kuvassa 4, on olemassa ylitys, jossa ne voisivat sitoutua järjestelmään; kuitenkin vakautusaika molemmat oli noin 3,5 sekuntia. Toisin sanoen ylityksistä huolimatta järjestelmän hallinta saavutettiin pitkästä aikaa.

Kuvassa 5 on esitetty paneelien tärinän käyttäytyminen. Ylityksen siirtymä on luokkaa 10-7 eli hyvin pieni. Vakautusaika ensimmäisessä kuvaajassa on noin 0,5 sekuntia ja toisessa noin 0,45 sekuntia. Tämä osoittaa, että ohjaus H∞ on hyvä suorituskyky kulma ja kulmanopeus, sekä hallita tärinää paneelit.

7. Päätelmät

satelliittien asenneohjauksen ongelma ei ole uusi, ja useat tutkijat ovat käsitelleet sitä monilla eri lähestymistavoilla. Ohjausmenetelmä on yksi edistyneimmistä tekniikoista, joita nykyään on saatavilla vankkojen ohjaimien suunnitteluun. Yksi suuri etu tässä tekniikassa on se, että se antaa suunnittelijalle mahdollisuuden puuttua yleisimpään ohjausarkkitehtuurin muotoon, jossa voidaan tehdä selkeä kirjanpito epävarmuuksista, häiriöistä, toimilaitteen/anturiäänistä, toimilaitteen rajoitteista ja suorituskykymittareista. Järjestelmä on hyvin erilainen kuin esimerkiksi menetelmät LQR ja LQG. Suuri haitta on kuitenkin kokemus ja tarvittavat kyvyt suunnitella muoto painotus toimintoja ja se, että kasvi voi kasvaa. Periaatteessa menetelmän menestys riippuu painotoimintojen siirron oikeasta valinnasta.

kiitokset

tekijät haluavat kiittää CAPESIA ja INPE/DMC: tä. Tätä työtä tukivat CAPES ajatteli Brasil-Portugali yhteistyöhankkeen PCT nro 241/09.

Kategoriat: Articles

0 kommenttia

Vastaa

Avatar placeholder

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.