کنترل مقاوم ارتعاشات فضاپیمای انعطافپذیر در مانور وضعیت چند محوره با الگوریتم مود لغزشی مرتبه بالا
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1019-ISAV2022 (R2)
نویسندگان
پژوهشکده فضایی، گروه پژوهشی طراحی وسایل فضایی
چکیده
در این مقاله دو الگوریتم مقاوم ارتعاشات و مود لغزشی توسعه یافته مرتبه بالا برای کنترل همزمان مانور و ارتعاشات فضاپیمای انعطاف پذیر طراحی شده است. مدل دینامیکی سیستم شامل دوران سه محوره یک هاب صلب، دو پنل انعطاف پذیر که با تئوری تیر اویلر-برنولی مدلسازی شده اند و وصله های پیزوالکتریک می باشد. معادلات حرکت سیستم با استفاده از روش مودهای فرضی گسسته سازی و با رویکرد لاگرانژ شبه-مختصات استخراج شده است. کنترل مانور مبتنی بر الگوریتم مود لغزشی ترمینال غیرتکین سریع بوده که منجر به افزایش سرعت همگرایی خطاهای ردگیری وضعیت با حفظ معیارهای توان مصرفی و عملکرد کنترلی شده است. ارتعاشات باقیمانده ناشی از دینامیک پنلهای انعطاف پذیر نیز با استفاده از وصله های پیزوالکتریک و یک الگوریتم مقاوم کنترل شده است. پایداری زمان محدود سیستم در حضور نامعینی ها و اغتشاشات خارجی با استفاده از روش لیاپانوف اثبات شده است. شبیه سازی های عددی در قالب یک مطالعه مقایسه ای عملکرد همزمان الگوریتم های کنترلی پیشنهادی را در مقایسه با رویکرد کلاسیک مود لغزشی نمایش می دهد.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Robust Vibration Control of a Multi-Axis Maneuvering Flexible Spacecraft using High-Order Sliding Mode Algorithm
Authors
Milad Azimi
Abstract
This paper investigates vibration suppression and high-order sliding mode control algorithms for the attitude and vibration control of a flexible spacecraft. The dynamic model of the system includes three-axis rotation of a rigid hub, two flexible panels modeled by the Euler-Bernoulli beam theory, and piezoelectric patches. The system's equations of motion have been extracted using the Assumed Mode Method and the quasi-coordinate approach. The attitude control system utilizes a fast, non-singular terminal sliding mode algorithm, which has led to an increase in the convergence speed of attitude tracking errors while maintaining power consumption and control performance criteria. The residual vibrations caused by the dynamics of flexible panels have been controlled using piezoelectric patches and a robust algorithm. The finite-time stability of the system in the presence of uncertainties and external disturbances has been proven using Lyapunov theory. Numerical simulations in the form of a comparative study demonstrate the proposed control algorithms' performance compared to the classical sliding mode approach.
Keywords
Active vibration control, Piezoelectric, Sliding mode, Non-singular Terminal
مراجع
<p dir="ltr">1. F. Angeletti, et al., "Design and performance assessment of a distributed vibration suppression system of a large flexible antenna during attitude manoeuvres", Acta Astronautica 176, 542-557 (2020).</p>
<p dir="ltr">2. L. Hou and H. Sun, "Anti-disturbance attitude control of flexible spacecraft with quantized states", Aerospace Science and Technology 99, 105760 (2020).</p>
<p dir="ltr">3. P. Ouyang, J. Acob, and V. Pano, "PD with sliding mode control for trajectory tracking of robotic system", Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 30 (2), 189-200 (2014).</p>
<p dir="ltr">4. H. Pan, et al., "A novel global fast terminal sliding mode control scheme for second-order systems", IEEE Access 8, 22758-22769 (2020).</p>
<p dir="ltr">5. X. Yu and M. Zhihong, "Fast terminal sliding-mode control design for nonlinear dynamical systems", IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications 49 (2), 261-264 (2002).</p>
<p dir="ltr">6. Y. Feng, X. Yu, and Z. Man, "Non-singular terminal sliding mode control of rigid manipulators", Automatica 38 (12), 2159-2167 (2002).</p>
<p dir="ltr">7. M. azimi, M.J. Chitgari, and S.H. Hashemi Mehne, "Online Active Vibration Control and Health Monitoring of a Cracked Flexible Spacecraft Panels Equipped with Piezoelectric Patches During Attitude Maneuver", Aerospace Knowledge and Technology Journal 10 (2), (2022).</p>
<p dir="ltr">8. J. Rodriguez, M. Collet, and S. Chesné, "Active Vibration Control on a Smart Composite Structure using Modal-Shaped Sliding Mode Control", Journal of Vibration and Acoustics 144 (2), 021013 (2022).</p>