کنترل ارتعاشات و مانور فضاپیمای انعطاف پذیر ناقص عملگر با رویکرد مود لغزشی انتگرالی تحمل پذیر خطا
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
اصل مقاله (788.15 K)
کد مقاله : 1042-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
1پژوهشکده فضایی، گروه پژوهشی طراحی وسایل فضایی
2پژوهشگاه هوافضا
چکیده
در این مقاله مسئله کنترل همزمان ارتعاشات و مانور وضعیت سه محوره یک فضاپیمای انعطاف پذیر ناقص عملگر مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. پنل های خورشیدی فضاپیما در قالب دو تیر متصل به یک جسم صلب با تئوری تیر اویلر-برنولی مدلسازی شده اند. الگوریتم کنترل تحمل پذیر خطای مود لغزشی انتگرالی توسعه یافته، جهت پایدارسازی سیستم در معرض اغتشاشات خارجی و خطای عملگر پیاده سازی شده است. این الگوریتم کنترل خطا با در نظر گرفتن یک تابع افزوده خطای متغیر با زمان جهت افزایش عملکرد و ملاحظات مربوط به عدم تحریک مودهای فرکانس بالای سیستم طراحی شده است. جهت کاهش ارتعاشات باقیمانده حین و پس از مانور، الگوریتم کنترلی فیدبک نرخ کرنشی به طور همزمان با الگوریتم کنترل خطا فعالسازی می شود. پایداری کلی سیستم در حضور اغتشاشات خارجی با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف اثبات شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی، نشان داده است که علیرغم اثرات ناشی از خرابی های عملگرهای کنترل وضعیت بر دینامیک انعطاف پذیر، الگوریتم هیبرید پیشنهادی، عملکرد سیستم ناقص عملگر را از منظر چابکی، تلاش کنترلی و میزان تحریک مودهای انعطاف پذیر بهبود بخشیده است.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Attitude and Vibration Control of a Maneuvering Flexible Spacecraft with Faulty Actuators using Integral Sliding Mode Fault-Tolerant Approach
Authors
Milad Azimi, Marzieh Eghlimi dezh, Alireza Alikhani
Abstract
This article addresses the problem of simultaneous vibration and three-axis maneuvering control of a flexible spacecraft with a defective actuator. The spacecraft's solar panels are modeled as a cantilevered Euler-Bernoulli beam attached to a rigid body. An integral sliding mode fault-tolerant control algorithm is developed to stabilize the system subjected to external disturbances and actuator failures. As part of the fault control algorithm, a time-varying additive fault function is considered in order to improve performance and address issues associated with the excitation of high-frequency modes. The strain rate feedback control algorithm is activated simultaneously with the fault control algorithm to reduce residual vibrations during and after the maneuver. Lyapunov stability theory has been used to demonstrate the system's overall stability in the presence of external disturbances. The numerical simulations show that despite the effects of actuator faults on flexible dynamics, the proposed hybrid algorithm improves the performance of the defective system in terms of agility, the control effort, and flexibility mode excitation.
Keywords
Active vibration control, Fault-tolerant control, Integral sliding mode control, Piezoelectric
مراجع
<p dir="ltr">1. Z. Liu, et al., "Modeling and adaptive control for a spatial flexible spacecraft with unknown actuator failures", Science China Information Sciences 64(5), 1-16 (2021).</p>
<p dir="ltr">2. M. Benosman and K.-Y. Lum, "Passive actuators' fault-tolerant control for affine nonlinear systems", IEEE Transactions on Control Systems Technology 18(1), 152-163 (2009).</p>
<p dir="ltr">3. X. Chen and L. Zhao, "Observer-based finite-time attitude containment control of multiple spacecraft systems", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs 68(4), 1273- 1277 (2020).</p>
<p dir="ltr">4. R.-Q. Dong, et al., "Anti-unwinding sliding mode attitude control via two modified Rodrigues parameter sets for spacecraft", Automatica 129, 109642 (2021).</p>
<p dir="ltr">5. Q. Hu and B. Xiao, "Fault-tolerant sliding mode attitude control for flexible spacecraft under loss of actuator effectiveness", Nonlinear Dynamics 64(1), 13-23 (2011).</p>
<p dir="ltr">6. H. Li and X. Lin, "Robust finite-time fault-tolerant control for dynamic positioning of ships via nonsingular fast integral terminal sliding mode control", Applied Ocean Research 122, 103126 (2022).</p>
<p dir="ltr">7. J. Tian, Q. Guo, and G. Shi, "Laminated piezoelectric beam element for dynamic analysis of piezolaminated smart beams and GA-based LQR active vibration control", Composite Structures 252, 112480 (2020).</p>
<p dir="ltr">8. M. Shahravi and M. Azimi, "A hybrid scheme of synthesized sliding mode/strain rate feedback control design for flexible spacecraft attitude maneuver using time scale decomposition", International Journal of structural Stability and dynamics 16(02), 1450101 (2016).</p>
<p dir="ltr">9. 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">10. V. Utkin, J. Guldner, and J. Shi, Sliding mode control in electro-mechanical systems, CRC press, 2017</p>