Preview

Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie

Advanced search

Terminal Intertial Attitude Control for a Spacecraft

https://doi.org/10.17587/mau.17.57-66

Abstract

This paper addresses a terminal control scheme for a basic attitude maneuver of a spacecraft, formation of an "inertial attitude" mode in the finite time bounds. The algorithm is based on determination of the angular velocity program values. This determination uses the analytical expressions obtained by means of the boundary solution proposed in the authors' previous works. The solution assumes discrete model parameters' identification by the modal control decomposition method in the observer synthesis. The further stabilization of the attitude and angular velocity parameters is necessary. The angular motion control process is described by the kinematic equations in Rodrigues-Hamilton parameters and Euler's dynamic equations. Analytical solution of the kinematic equations with the constant values of the angular velocity is used to determine the program values of the angular velocity. This allows us to obtain new values of the program angular velocity in every onboard computer cycle. These values ensure forming up of the inertial attitude for the given time. The next step is to calculate an appropriate momentum control values. Linearized Euler's equations are used to get the control values. Linearization is performed at every cycle of the onboard computer. It gives a high degree approximation to the nonlinear model of a spacecraft angular motion. All the synthesized control laws and observer feedback coefficient matrices have simple analytic forms and can be implemented on the onboard digital computer for a real-time execution to form-up the inertial attitude mode. Numerical examples are presented to demonstrate the successful work of the developed control algorithms for a wide variety of the initial conditions (initial attitude, maneuver time) in the inertial coordinate system.

About the Authors

N. E. Zubov
Bauman Moscow State Technical University; Energia Rocket and Space Corporation
Russian Federation


V Li M.
Energia Rocket and Space Corporation
Russian Federation


K Li E.
Bauman Moscow State Technical University
Russian Federation


E. A. Mikrin
Bauman Moscow State Technical University; Energia Rocket and Space Corporation
Russian Federation


V. N. Ryabchenko
Bauman Moscow State Technical University; Energia Rocket and Space Corporation
Russian Federation


References

1. Голубев Ю. Ф. Алгебра кватернионов в кинематике твердого тела // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2013. № 39. 23 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprmt.asp?iв=2013-39

2. Зубов Н. Е. Оптимальное управление терминальной переориентации КА на основе алгоритма с прогнозирующей моделью // Космические исследования. 1991. Т. 29. № 3. С. 340-350.

3. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 712 с.

4. Воробьева Е. А., Зубов Н. Е., Микрин Е. А. и др. Синтез стабилизирующего управления космическим аппаратом на основе обобщенной формулы Аккермана // Изв. РАН. ТиСУ. 2011. № 1. С. 96-106.

5. Зубов Н. Е., Микрин Е. А., Мисриханов М. Ш. и др. Идентификация положения равновесной ориентации международной космической станции как задача матричного пополнения с устойчивостью // Изв. РАН. ТиСУ. 2012. № 2. С. 130-144.

6. Зубов Н. Е., Микрин Е. А., Рябченко В. Н., Олейник А. С., Ефанов Д. Е. Оценка угловой скорости космического аппарата в режиме орбитальной стабилизации по результатам измерений датчика местной вертикали // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. "Приборостроение". 2014. № 5. С. 3-17.

7. Зубов Н. Е., Микрин Е. А., Мисриханов М. Ш., Рябченко В. Н. Синтез законов управления космическим аппаратом, обеспечивающих оптимальное размещение полюсов замкнутой системой управления // Изв. РАН. ТиСУ. 2012. № 3. С. 98-111.

8. Зубов Н. Е., Микрин Е. А., Мисриханов М. Ш. и др. Применение алгоритма точного размещения полюсов при решении задач наблюдения и идентификации в процессе управления движением космического аппарата // Изв. РАН. ТиСУ. 2013. № 1. С. 135-151.

9. Зубов Н. Е., Микрин Е. А., Мисриханов М. Ш. и др. Модификация метода точного размещения полюсов и его применение в задачах управления движением космического аппарата // Изв. РАН. ТиСУ. 2013 г. № 2. С. 118-132.

10. Зубов Н. Е., Микрин Е. А., Мисриханов М. Ш., Олейник А. С., Рябченко В. Н. Терминальное релейно-импульсное управление линейными стационарными динамическими системами // Изв. РАН. ТиСУ. 2014. № 3. С. 134-149.


Review

For citations:


Zubov N.E., Li M. V., Li E. K., Mikrin E.A., Ryabchenko V.N. Terminal Intertial Attitude Control for a Spacecraft. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2016;17(1):57-66. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.17.57-66

Views: 534


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)