پیاده ‌سازی کنترلر PID و ساخت شبیه ‌ساز سخت افزار در حلقه بر روی زیر سیستم کنترل وضعیت ماهواره

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

هم‌ اکنون یکی از مهم ترین زمینه ‌های فعالیت علمی در کشور طراحی ساخت و ارسال ماهواره به فضا می ‌باشد که از نیازهای کلیدی کشور است. ماهواره ‌ها در زمینه‌ های مخابراتی، تحقیقاتی، آب‌ و هوا، تصویر برداری و نقشه ‌برداری و کاربردهای نظامی دارای اهمیت بسیاری می ‌باشند. با توجه به اینکه کنترلرهای طراحی ‌شده از روی مدل ماهواره با در نظر گرفتن برخی فرضیات و ساده ‌سازی سیستم انجام می‌شود، می‌تواند هزینه‌ های زیاد پیاده‌ سازی کنترلرهای طراحی ‌شده بر روی سیستم واقعی بدون ارزیابی کنترلر طراحی‌ شده را تحمیل کند. باوجود مغایرت در سیستم شبیه‌ سازی ‌شده با مدل واقعی سیستم، طراحی و ساخت شبیه ‌ساز زیرسیستم کنترل وضعیت ماهواره جهت نیل به این اهداف کمک شایانی خواهد کرد. این زیرسیستم نقش تعیین‌کننده ‌ای در انجام موفقیت ‌آمیز مأموریت ماهواره به عهده دارد. به صورتی که بروز هرگونه عیب و نقص در این زیرسیستم می‌تواند باعث شکست مأموریت ماهواره شود. بنابراین آزمودن و کسب اطمینان از صحت عملکرد این زیرسیستم پیش از پرتاب ماهواره و درروی زمین از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله ابتدا طراحی و ساخت شبیه ‌ساز سخت ‌افزار در حلقه وضعیت ماهواره‌، بر اساس مدل میزی، مدنظر می باشد که در ساخت این شبیه‌ ساز از یاتاقان هوایی جهت شبیه ‌سازی محیط خلأ در فضا بهره‌ گیری شده است. در ادامه جهت کنترل وضعیت مدل ماهواره، کنترلر PID طراحی شده، بر روی سخت ‌افزار شبیه ‌ساز کنترل وضعیت ماهواره پیاده سازی شد، که نتایج شبیه سازی توانایی کنترلر طراحی ‌شده را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Haghshenas-Jaryani, M., Sevil, H.E., and Sun, L., "Navigation and Obstacle Avoidance of Snake-robot Guided by a Co-robot UAV Visual Servoing", Paper Presented at the Dynamic Systems and Control Conference, American Society of Mechanical Engineers, doi.org/10.1115/DSCC2020-3156, Vol. 84270, pp. V001T05A001, (2020).
[2] Malekzadeh, M., and Sadeghian, H., "Attitude Control of Spacecraft Simulator without Angular Velocity Measurement", Control Engineering Practice, Vol. 84, pp. 72-81, (2019).
[3] Milosevic, B., Naldi, R., Farella, E., Benini, L., and Marconi, L., "Design and Validation of an Attitude and Heading Reference System for an Aerial Robot Prototype", American Control Conference (ACC), IEEE, Fairmont Queen Elizabeth, Montréal, Canada (2012).
[4] Navabi, M., and Barati, M., "Mathematical Modeling and Simulation of the Earth's Magnetic Field: A Comparative Study of the Models on the Spacecraft Attitude Control Application", Applied Mathematical Modelling, Vol. 46, pp. 365-381, (2017).
[5] Rong, F., Yanru, Z., and Jianping, Z., "Disturbance-observer-based Nonlinear Stabilization Control of Flexible Spacecraft Attitude System", 34th Chinese Control Conference (CCC), IEEE, July 28–30, Hangzhou, Zhejiang Province, China, doi: 10.1109/ChiCC.2015.7259807, (2015).
[6] Sternberg, D.C., Pong, C., Filipe, N., Mohan, S., Johnson, S., and Jones-Wilson, L., "Jet Propulsion Laboratory Small Satellite Dynamics Testbed Simulation: On-orbit Performance Model Validation", Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 55(2), pp. 322-334., (2018).
[7] Stevenson, D., and Schaub, H., "Terrestrial Testbed for Remote Coulomb Spacecraft Rotation Control", International Journal of Space Science and Engineering, Vol. 5, pp. 96-112, (2014).
[8] Tappe, J.A., "Development of Star Tracker System for Accurate Estimation of Spacecraft Attitude", Naval Postgraduate School Monterey CA, (2009).
[9] Wilde, M., Clark, C., and Romano, M., "Historical Survey of Kinematic and Dynamic Spacecraft Simulators for Laboratory Experimentation of on-orbit Proximity Maneuvers", Progress in Aerospace Sciences, Vol. 110, Article Number. 100552, (2019).
[10] Xie, H., Low, K.H., and He, Z., "Adaptive Visual Servoing of Unmanned Aerial Vehicles in GPS-denied Environments", IEEE/ASME Transactions On Mechatronics, Vol. 22(6), pp. 2554-2563, (2017).
[11] Yandra, H., Rao, G.K.V., and Kumar, K.R., "Implementation of INS in Three Dimensional Space using Mems Based Ahrs", International Journal of Computer Applications, Vol. 975, pp. 8887, (2012).
[12] Zappulla, R., Virgili-Llop, J., Zagaris, C., Park, H., and Romano, M., "Dynamic Air-bearing Hardware-in-the-loop Testbed to Experimentally Evaluate Autonomous Spacecraft Proximity Maneuvers", Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 54(4), pp. 825-839, (2017).