کنترل مانور و ارتعاشات فضاپیمای انعطاف‌پذیر با الگوریتم کنترل مود لغزشی ترمینال غیرتکین و ورودی کوانتیده

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1064-ISAV2024 (R1)
نویسندگان
1عضو هیات علمی - پژوهشگاه هوافضا- وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
2پژوهشگاه هوافضا (وزارت علوم، تحقیقات و فناوری)
چکیده
در این مقاله الگوریتم مود لغزشی ترمینال غیرتکین کوانتیده همزمان با الگوریتم فیدبک نرخ کرنش برای کنترل همزمان مانور و ارتعاشات فضاپیمای انعطاف‌ پذیر توسعه داده شده است. قانون کنترل مانور ترمینال غیرتکین پیشنهادی، فرامین پیوسته کنترلی را تولید و سپس به کمک کوانتایزر طراحی شده سیگنال‌ های کوانتیده کنترلی را برای کاهش پدیده چترینگ ارائه می‌ دهد. مسئله تکینگی، با پیاده‌‌ سازی الگوریتم مود لغزشی ترمینال غیر تکین نیز رفع شده است. همچنین قانون کنترل پیشنهادی فارغ از اثرات نامعینی‌ها، دینامیک کوپل صلب-انعطاف‌ پذیر و اغتشاشات خارجی، حرکت بر روی سطح لغزش را با دقت‌ های بالا برای فضاپیما در زمان محدود تضمین می‌کند. الگوریتم فیدبک نرخ کرنش با بکارگیری حسگر/عملگرهای پیزوالکتریک نیز در تمام مدت زمان مانور فعال بوده تا ارتعاشات باقی مانده سیستم را کاهش دهد. پایداری کلی سیستم با به کارگیری تئوری لیاپانوف اثبات شده است. یکی از ویژگی‌ های اساسی الگوریتم کنترل مانور پیشنهادی، همگرایی سریعتر نسبت به الگوریتم های رایج می‌ باشد. شبیه‌سازی‌ ها در قالب یک مطالعه مقایسه‌‌ ای برای مانور با زاویه بزرگ، بیانگر مزیت الگوریتم پیشنهادی از منظر عدم تحریک مودهای فرکانس بالای بخش‌های انعطاف‌ پذیر، دقت، سرعت همگرایی، کاهش چترینگ و تلاش کنترلی می‌ باشد.
کلیدواژه ها
 
Title
Maneuver and Vibration Control of a Flexible Spacecraft Using Nonsingular Terminal Sliding Mode Control Algorithm with Input Quantization
Authors
Milad Azimi, Mohammad Hossein Nemati
Abstract
This article presents the development of a quantized nonsingular terminal sliding mode algorithm, integrated with a strain rate feedback algorithm, for the concurrent control of both maneuvering and vibration suppression in a flexible spacecraft. The proposed nonsingular terminal maneuver control law produces continuous control inputs, which are subsequently transformed into quantized control signals through a specially designed quantizer, effectively mitigating the chattering phenomenon. The singularity problem is addressed through the implementation of the nonsingular terminal sliding mode algorithm. Furthermore, the proposed control law ensures high-precision motion along the sliding surface within a finite time, irrespective of uncertainties, rigid-flexible coupling dynamics, or external disturbances. The strain rate feedback algorithm, using piezoelectric sensors/actuators, remains active throughout the maneuver to reduce the system's residual vibrations. The overall system stability is proven using Lyapunov theory. One of the key features of the proposed maneuver control algorithm is its faster convergence compared to conventional algorithms. Simulations, conducted as a comparative study on large-angle maneuvers, highlight the algorithm’s advantages in preventing the excitation of high-frequency modes in flexible components, improving accuracy, enhancing convergence speed, reducing chattering, and minimizing control effort.
Keywords
Flexible Spacecraft, Vibration control, input quantization, Sliding Mode Control