Preview

Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie

Advanced search

On Spacecraft Attitude Determination and Stabilization Using State Observers

https://doi.org/10.17587/mau.17.267-273

Abstract

For spacecrafts with long operational life, the development of reserve ways for maintaining exact three-axis orientation, when there is no opportunity to use measurements of the full state vector, is a topical problem. In such cases, state observers are usually applied for asymptotic estimation (restoration) of unmeasured components of the state vector and subsequent use of the received estimations in the feedback path. In this article, we consider the problem of asymptotic estimation of the three angles of orientation, which are inaccessible to direct measurement, in the fine orientation mode in the orbital reference system by means of a state observer. Data from the gyroscopic angular velocity measuring device and from the sensor of a local vertical are used in the observer equations. Feedback coefficients for the observer, which provide attenuation of the estimation error, are obtained. Efficiency of the observer is validated by numerical simulation of the control system with the observer designed for a satellite with elastic elements. For the case of failure of the gyroscopic angular velocity measuring device, we also consider the problem of determination of angular velocity vector components on the basis of measurements of the angles of orientation obtained from high-precision star sensors. Here, the state observer is proposed to compute derivatives of the measured angles via polynomial approximation of measurements by using the method of least squares.

About the Authors

A. A. Kosov
Institute for System Dynamics and Control Theory of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
Russian Federation


S. A. Ul'yanov
Institute for System Dynamics and Control Theory of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
Russian Federation


References

1. Бранен В. Н., Платонов В. Н., Сумароков А. В., Тимаков С. Н. О стабилизации спутника связи, несущего маховики, без использования датчиков углов и угловых скоростей // Известия РАН. Теория и системы управления. 2008. № 1. С. 106-116.

2. Зубов И. Е., Микрин Е. А., Олейник А. С., Рябченко В. Н. Алгоритмы синтеза линейных наблюдателей для нелинейных динамических систем // Известия РАН. Теория и системы управления. 2014. № 5. С. 3-16.

3. Акуленко Л. Д., Крылов С. С., Марков Ю. Г., Тун Тун Вин, Филиппова А. С. Динамика космического аппарата с упругими и диссипативными элементами в режиме ориентации // Известия РАН. Теория и системы управления. 2014. № 5. С. 106-115.

4. URL: http://www.tsenki.com/production_technologies/hiroscopic/control_systems/gyroscopic_angular_velocity_meters/

5. URL: http://geofizika-cosmos.ru/napravleniya-deyatelnosti/optiko-elektronnye-pribory-orientacii-i-navigacii-kosmicheskih-apparatov/test-3.html

6. Козлов Р. И. Применение вектор-функции Ляпунова для исследования точности гироскопической стабилизации космического аппарата // Прямой метод в теории устойчивости и его приложения. Ред. В. М. Матросов, Л. Ю. Анапольский. Новосибирск: Наука. 1981. С. 179-195.

7. Козлов Р. И., Банщиков А. В., Ульянов С. А., Хмельнов А. Е. Программный модуль для качественного исследования непрерывно-дискретных динамических систем ВФЛ-РЕДУКТОР-НД. Свидетельство об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2007613833 от 07.09.2007.

8. Абдуллин Р. З., Анапольский Л. Ю., Земляков А. С. и др. Метод векторных функций Ляпунова в теории устойчивости. М.: Наука, 1987. 312 с.

9. Матросов В. М., Козлов Р. И., Матросова Н. И. Теория устойчивости многокомпонентных нелинейных систем. М.: Физматлит, 2007. 184 с.

10. URL: http://www.iki.rssi.ru/ofo/page_navig.html

11. Аванесов Г. А., Красиков В. А., Никитин А. В., Сазонов В. В. Оценка точности определения параметров ориентации осей системы координат астроизмерительного прибора БОКЗ-М по экспериментальным данным // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2010. № 74. 37 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2010-74.

12. Зубов В. И. Проблема устойчивости процессов управления. Л.: Судостроение, 1980. 256 с.


Review

For citations:


Kosov A.A., Ul'yanov S.A. On Spacecraft Attitude Determination and Stabilization Using State Observers. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2016;17(4):267-273. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.17.267-273

Views: 481


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


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