Document Type : Original Article

Authors

1 Tehran university

2 Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran

3 Department of Electrical Engineering, Technical and Vocational University, Tehran, Iran

10.22034/jast.2022.321251.1109

Abstract

In this paper, the control of a three-axis rigid satellite attitude control system with a fractional order proportional-integral-derivative (PID) controller is investigated in the presence of disturbance and parametric uncertainties. The reaction wheel actuator with the first-order dynamic model is used to control the attitude of the satellite. Uncertainties are considered on satellite moment inertia, actuator model and amplitude and frequency of external disturbances. External disturbances are modeled with two fixed and periodic parts and uncertainty is also considered on the disturbances model. The integer order controller is also used for the same conditions to compare the results with the fractional order controller. The usual Granwald-Letinkov definition is used to solve integrals and fractional order derivatives. The mean absolute of the pointing error of the satellite pointing maneuver has been selected as an objective function of the optimization problem. The controller gains in integer and fractional order are obtained by particle swarm evolution algorithm (PSO) optimization method. The performance criterion has been studied in terms of the controller time response and also in terms of the standard deviation of the mentioned uncertainties and external disturbance. The results show that the fractional order controller performs more accurate and robustness than the integer order controllers in the face of uncertainty and disturbance.

Keywords

Main Subjects

Article Title [فارسی]

کنترل وضعیت سه‌محوره ماهواره با کنترلگر تناسبی-انتگرالی-مشتقی مرتبه کسری با لحاظ عدم‌قطعیت و اختلالات

Authors [فارسی]

  • سیده الهه خاتون آبادی 2
  • وحید بهلوری 3

2 گروه هوافضا- دانشکده علوم و فنون نوین- دانشگاه تهران

3 گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.

Abstract [فارسی]

در این مقاله کنترل وضعیت سه‌محوره یک ماهواره صلب با کنترلگر تناسبی- انتگرالی- مشتقی مرتبه کسری در حضور اختلالات و با لحاظ کردن عدم‌قطعیت‌های پارامتری مورد بررسی قرار گرفته است. عملگر چرخ عکس‌العملی با مدل دینامیکی مرتبه اول برای کنترل وضعیت ماهواره استفاده شده است. عدم قطعیت در ممان اینرسی ماهواره، مدل عملگر، دامنه و فرکانس اختلالات خارجی لحاظ شده است. اختلالات خارجی با دو قسمت ثابت و پریودیک مدل شده و عدم‌قطعیت بر روی مدل اختلالات نیز لحاظ شده است. کنترلگر مرتبه صحیح نیز به‌ازای شرایط یکسان استفاده شده تا نتایج حاصل با کنترلگر مرتبه کسری مقایسه شود. برای حل انتگرال و مشتق مرتبه کسری از تعریف معمول گرانوالد-لتینکوف استفاده شده است. میانگین قدر مطلق خطای نشانه‌روی مانور وضعیت ماهواره به عنوان تابع هدف بهینه‌سازی انتخاب شده است. ضرایب کنترلگرهای مرتبه صحیح و مرتبه کسری توسط روش بهینه‌سازی مبتنی بر الگوریتم تکاملی ازدحام ذرات (PSO) بدست آمده است. معیار عملکرد بر حسب پاسخ زمانی کنترلگر و همچنین بر حسب انحراف معیار عدم قطعیت‌های مذکور و اختلالات خارجی مطالعه شده است. نتایج بدست آمده نشانگر دقت نشانه‌روی مناسب‌تر و عملکرد مقاوم‌تر کنترلگر مرتبه کسری نسبت به کنترلگرهای مرتبه صحیح در مواجهه با عدم-قطعیت‌ها و اختلالات است.

Keywords [فارسی]

  • کنترل وضعیت ماهواره
  • مرتبه کسری
  • تناسبی-انتگرالی-مشتقی
  • چرخ عکس‌العملی
  • عدم قطعیت