Küçük uydularda doğrusal olmayan yönelme dinamiği ve üç eksende manyetik PD ve kayma kipli kontrolcü tasarımı
Nonlinear attitude dynamics and design of three-axis magnetic PD and sliding mode controllers for small satellites
- Tez No: 291918
- Danışmanlar: PROF. DR. ELBRUS CAFEROV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Astronomi ve Uzay Bilimleri, Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Mühendislik Bilimleri, Astronomy and Space Sciences, Computer Engineering and Computer Science and Control, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 204
Özet
Bu tez çalışmasında, küçük uyduların salt manyetik eyleme ile üç eksende yönelme kontrolü problemi ele alınmıştır. Öncelikle, manyetik yönelme kontrolü ile ilgili olarak ayrıntılı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Bu taramadan, salt manyetik yönelme kontrolü üzerinde son yıllarda yoğun şekilde çalışıldığı görülmüştür. Doğrusal olmayan modeli elde edilmiş olan kütle-çekim gradyanı torku etkisindeki uzay aracı yönelme dinamiğine, Edilgin Yunuslama Ön-Momentumu Yöntemi (EYÖMY)'nin etkisi, faz portreleri oluşturularak ve Poincaré kesitleri alınarak incelenmiştir. Bu yöntem, momentum tekerleğinin açısal momentumunun baskılayıcı dinamik etkisi sayesinde açık-çevrim dinamiklerin doğrusal olmayan karakterinin azaltılmasını sağlamıştır. Zaman cevapları elde edilerek gerçekleştirilen inceleme sonucunda ise, EYÖMY'nin ıraksak cevapları denge konumu etrafında salınır kılarak doğrusal olmayan sisteme kararlılık kazandırdığı görülmüştür. Yönelme kontrolü problemi, uydunun uçuşunun yörünge edinimi evresi için çözülmüştür. İlk olarak, salt manyetik kayma kipli kontrolcü kullanılmış ve yönelme açılarını iki buçuk, açısal hızları yaklaşık üç buçuk yörünge periyodunda denge değerlerine oturttuğu görülmüştür. Bu kontrolcüye türevsel etki katılarak elde edilen yeni kontrolcü zaman cevaplarının sıfıra oturma süresini standart kontrolcü ile elde edilene göre dört yörünge periyodu kadar kısaltmıştır. Ayrıca, bozuntu etkisindeki kapalı-çevrim sistem EYÖMY ile desteklendiğinde, daimi hal hatasının azaltılabildiği ortaya konmuştur. Yönelmesi üç eksende salt manyetik eyleme ile kontrol edilen küçük uydulara çevresel bozuntulara karşı gürbüzlük kazandırmak amacıyla bu edilgin yönteme başvurulabilir. Son olarak, standart ve türevsel etkili kayma kipli kontrolcüler, PD kontrolcü ile karşılaştırılmıştır. Her iki kayma kipli kontrol sisteminin geçiş rejimi başarımının, PD kontrol sistemininkinden belirgin şekilde üstün olduğu saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
The three-axis attitude control problem of small satellites using only magnetic actuators is considered. First, a detailed survey on magnetic attiude control is carried out. The effect of the passive pitch bias-momentum method (PPBMM) on the spacecraft nonlinear attitude dynamics subject to gravity gradient is analyzed by constructing phase portraits and taking Poincaré sections. This method reduces the nonlinear characteristics of the open-loop dynamics due to the dominating effect of the momentum wheel?s angular momentum. As the result of the analysis based on time responses, it is seen that the PPBMM makes the divergent responses oscillate around the equilibrium position. The attitude control problem is solved for the attitude. First, the magnetic sliding mode controller is used. This standard controller makes attitude angles and angular velocities settle to the equilibrium values in two and nearly three and an half orbital periods, respectively. The new controller, which is obtained by adding derivative action to the standard controller, enables responses to settle to zero four periods earlier than the standard controller does. In addition, it is pointed out that if the closed-loop system subject to disturbances is supported by the PPBMM, the steady state error can be reduced. Lastly, the standard controller and the one with derivative action are compared to the magnetic PD controller. It is concluded that both of the sliding mode controllers perform distinctively better than the PD controller in the transient regime.
Benzer Tezler
- Yere yakın yörünge uyduları için manyetometre kalibrasyon yöntemlerinin kıyaslanması
Comparing magnetometer calibration methods for low earth orbit satellites
DENİZ CAN ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİNGİZ HACIYEV
- Attitude estimation and reaction wheels based control of an earth-pointing small satellite
Küçük bir yer gözlem uydusunun yönelimini belirleme ve tepki tekerleklerine bağlı kontrolü
HAKAN GÜRSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
- The Attidude stability of a rigid satellite in a circular orbit
Dairesel yörüngedeki rigit bir uydunun yönelme kararlılığı
MEHMET TEMEL AYGÜN
- Development of single-frame methods aided kalman-type filtering algorithms for attitude estimation of nano-satellites
Nano-uydularda yönelim kestirimi için tek-çerçeve yöntemlere dayali kalman-tipi filtreleme algoritmalarinin geliştirilmesi
DEMET ÇİLDEN GÜLER
Doktora
İngilizce
2021
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
PROF. DR. ZEREFŞAN KAYMAZ
- Küçük uydular için X bant GaN SiC-HEMT F sınıfı yüksek verimli güç kuvvetlendiricisi tasarımı ve RF güç fetleri için faz ile genlik duyarlığı analizi
X-band high efficiency class-F GaN SiC-HEMT high power amplifier design for small satellites and amplitude&phase sensitivity analysis for RF power fets
OSMAN CEYLAN
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
ÖĞR. GÖR. HASAN BÜLENT YAĞCI