نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران

2 استادیار، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، کنترل کننده پیش بین مقاوم جهت عملیات حفظ مداری ماهواره در مدار ارتفاع پایین ، طراحی گردیده است. سیستم کنترل طراحی شده این امکان را ایجاد می کند که ماهواره به صورت خودکار و بدون دخالت ایستگاه زمینی پارامترهای مداری را در محدوده مجاز نگاه دارد. برای این منظور، رانشگرهای اثر هال که در زمره رانشگرهای الکتریکی دارای اندازه کوچک محسوب می‌گردند، بکار گرفته می‌شوند و خروجی کنترل کننده با فرمان دهی پیوسته به این عملگرها به جای الگوریتم های تولید پیشرانه ضربه ای سنتی پیاده سازی شده است. بر این اساس امکان اصلاح همزمان کلیه پارامترهای مداری فراهم گردیده است. در راهکار ارائه شده، بهره کنترل کننده به شکل روی خط و از حل یک مسئله بهینه سازی که تابع هزینه آن حداقل سازی خطای حفظ مداری و همچنین مصرف سوخت در نظر گرفته شده، محاسبه می شود. همچنین قیودی جهت تضمین پایداری سیستم حلقه بسته و مقاوم بودن در برابر اغتشاشات مداری ناشناخته به مسأله بهینه ‌سازی که به فرم نابرابری های ماتریسی خطی توسعه داده شده است، اضافه گردیده است. در انتها، شبیه‌سازی‌های عددی اثرگذاری کنترل پیشنهادی و کارآیی بالای سیستم حلقه بسته با وجود نامعینی ها و اغتشاشات را نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Robust model predictive control for satellite orbit maintenance using Hall effect thrusters

نویسندگان [English]

  • masumeh kiantaj 1
  • Morteza Farhid 2
  • Moharram Shameli 2

1 Ph.D. Student, Space Thrusters Research Institute, Iranian Space Research Center, Tabriz, Iran

2 Assistant Professor, Space Thrusters Research Institute, Iranian Space Research Center, Tabriz, Iran

چکیده [English]

In this article, a robust model predictive controller is designed for maintaining the satellite's orbit in the low earth orbit. The designed control system makes it possible for the satellite to automatically keep the orbital parameters within the allowed range without the intervention of the ground station. For this purpose, Hall effect thrusters, which are among the electric thrusters with small size, have been used, and the output of the controller is implemented by continuously commanding these actuators instead of the traditional impulsive thrust generation algorithms. Based on this, it is possible to modify all orbital parameters simultaneously. In the presented solution, the gain of the controller is calculated online by solving an optimization problem whose cost function is to minimize the orbit maintenance error and also the fuel consumption. Also, some constraints are included in the optimization problem that developed in the form of linear matrix inequalities to ensure the stability of the closed loop system and robustness against unknown orbital perturbations. Finally, the numerical simulations show the effectiveness of the proposed control scheme and the high efficiency of the closed loop system despite uncertainties and disturbances.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Orbit maintenance
  • predictive
  • robust
  • Hall effect thruster
  • disturbance
  • uncertainty