کنترل ارتعاشات فضاپیمای انعطاف پذیر در مانور وضعیت با استفاده از الگوریتم های فازی و مود لغزشی فراپیچشی ترمینال غیرتکین
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
اصل مقاله (1.02 MB)
کد مقاله : 1077-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
1پژوهشکده فضایی، گروه پژوهشی طراحی وسایل فضایی
2پژوهشگاه هوافضا (وزارت علوم، تحقیقات و فناوری)
چکیده
در این مقاله به توسعه کنترل هوشمند وضعیت و کاهش ارتعاشات فضاپیمای انعطاف پذیر در مانور تک محوره در حضور اغتشاشات خارجی و نامعینی ها پرداخته شده است. معادلات حرکت سیستم با لحاظ دینامیک غیرخطی و کاملا کوپل جسم صلب - انعطاف پذیر با استفاده از اصل همیلتون و روش المان محدود برای پنل های انعطاف پذیر گسسته سازی شده است. ساختار کنترل هوشمند از الگوریتم فازی برای کنترل همزمان مانور و ارتعاشات بهره می برد. در این الگوریتم از معیار ارتعاشات بخش های انعطاف پذیر در کنار ورودی های خطای وضعیت و زمان استفاده شده است. به منظور بررسی و مقایسه عملکرد این کنترلر، از فرم توسعه یافته الگوریتم مرتبه دوم مود لغزشی فراپیچشی ترمینال غیر تکین و کنترل فیدبک نرخ کرنش به طور همزمان استفاده شد تا از مزایای هر الگوریتم در قالب یک رویکرد هیبرید استفاده شود و منجر به افزایش دقت در رهگیری هدف، افزایش سرعت همگرایی، کاهش پدیده چترینگ و کاهش ارتعاشات باقی مانده و و کاهش اثرات دینامیک انعطاف پذیر بر دینامیک جسم صلب شود. پایداری کلی سیستم در حضور دینامیک انعطاف پذیر و اغتشاشات خارجی با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات شده است. شبیه سازی های کامپیوتری عملکرد هر دو رویکرد را در کاهش اثرات تقابلی کنترل - سازه در مانور با زاویه بزرگ نمایش می دهد.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Vibration Suppression of a Maneuvering Flexible Spacecraft using Fuzzy Logic and Super Twisting Nonsingular Terminal Sliding Mode Control Algorithms
Authors
Milad Azimi, Morteza Jahan
Abstract
This paper develops an intelligent attitude control and vibration suppression system for flexible spacecraft performing a single-axis maneuver with external disturbances and parameter uncertainties. The fully coupled nonlinear equations of motion are discretized using Hamilton's principle and the finite element method. This intelligent control structure utilizes a fuzzy algorithm to control the attitude and vibration of the panel simultaneously. The developed super-twisting non-singular terminal sliding mode and strain rate feedback control were used simultaneously to evaluate the performance of such an approach in order to take advantage of the advantages of each as part of a hybrid algorithm that led to increased accuracy in targeting, faster convergence rate, reduced chattering, reduced residual vibrations and reduced rigid-flexible bodies interactions. The Lyapunov theory demonstrates the system's overall stability in the presence of flexible dynamics and external disturbances. Simulation results demonstrate the effectiveness of both approaches in reducing control-structure interactions during large-angle maneuvers.
Keywords
Flexile spacecraft, Fuzzy control, Super twisting Sliding mode, Piezoelectric
مراجع
<p dir="ltr">1. Q. Zhang, et al., "Adaptive sliding mode neural network control and flexible vibration suppression of a flexible spatial parallel robot", Electronics 10(2), 212 (2021).</p>
<p dir="ltr">2. X. Zhang, et al., "Finite-time attitude maneuvering and vibration suppression of flexible spacecraft", Journal of the Franklin Institute 357(16), 11604-11628 (2020).</p>
<p dir="ltr">3. S. Amirkhani, et al., "Fast terminal sliding mode tracking control of nonlinear uncertain mass–spring system with experimental verifications", International Journal of Advanced Robotic Systems 16(1), 1729881419828176 (2019).</p>
<p dir="ltr">4. M. Azimi and S. Moradi, "Robust optimal solution for a smart rigid–flexible system control during multimode operational mission via actuators in combination", Multibody System Dynamics 52(3), 313-337 (2021).</p>
<p dir="ltr">5. Z. Zhao, et al., "Terminal sliding mode control based on super-twisting algorithm", Journal of Systems Engineering and Electronics 28(1), 145-150 (2017).</p>
<p dir="ltr">6. C. Dumitrescu, P. Ciotirnae, and C. Vizitiu, "Fuzzy logic for intelligent control system using soft computing applications", Sensors 21(8), 2617 (2021).</p>
<p dir="ltr">7. A.R. Walker, P.T. Putman, and K. Cohen, "Solely magnetic genetic/fuzzy-attitudecontrol algorithm for a CubeSat", Journal of Spacecraft and Rockets 52(6), 1627-1639 (2015).</p>
<p dir="ltr">8. F. Nagi, et al., "Fuzzy bang-bang relay controller for satellite attitude control system", Fuzzy sets and systems 161(15), 2104-2125 (2010).</p>
<p dir="ltr">9. M. Azimi and E.F. Joubaneh, "Dynamic modeling and vibration control of a coupled rigid-flexible high-order structural system: A comparative study", Aerospace Science and Technology 102, 105875 (2020)</p>