کنترل وضعیت ماهواره با کنترل کننده تناسبی- انتگرالی-مشتقی بهبودیافته با لحاظ عدم قطعیت

در این مقاله، کنترل وضعیت یک ماهواره صلب با کنترل کننده تناسبی- انتگرالی- مشتقی (PID) بهبودیافته با روش مشاهده گر در حضور اغتشاش و با فرض عدم قطعیت مطالعه شده است. از دینامیک مرتبه اول برای مدل سازی چرخ عکس العملی به عنوان عملگر کنترلی با لحاظ کردن محدودیت عملی حداکثر گشتاور تولیدی استفاده شده است. در روش مشاهده گر، اشباع و جمع شوندگی سیگنال کنترلی، با یک ضریب اصلاحی به کنترل کننده فیدبک شده و نهایتا سیگنال کنترلی بهبود می یابد. ضرایب کنترلی با روش بهینه سازی مبتنی بر الگوریتم تکاملی ژنتیک با روش پنالتی و به ازای معیار عملکرد میانگین مطلق خطای نشانه روی بدست آمده است. به منظور بررسی عملکرد، مقایسه ای بین کنترل کننده بهبودیافته و کنترل کننده PID کلاسیک بر حسب تغییر پارامترهای کنترلی، نمودار صفحه فاز، چرخه حدی، عدم قطعیت ها، دامنه و فرکانس اغتشاش خارجی انجام شده است. به منظور مقایسه منصفانه، همه شرایط در بهینه سازی و حل عددی در دو کنترل کننده یکسان انتخاب شده است. مقایسه نتایج، نشانگر عملکرد مناسب تر کنترل کننده بهبودیافته و رفع جمع شوندگی و اشباع در آن است. بطوری که در مواجهه با اغتشاش و نمودار چرخه حدی عملکرد کنترل کننده بهبودیافته به وضوح قابل مقایسه با کنترل کننده کلاسیک است. علاوه بر این عملکرد دو کنترل کننده مذکور در مواجهه با عدم قطعیت های ممان اینرسی ماهواره، مدل عملگر، دامنه و فرکانس اغتشاشات و حداکثر مومنتوم مطالعه شده که عموما رفتار کنترل کننده بهبودیافته مناسب تر بوده و دقت نشانه روی بیشتری دارد. بطور نمونه دقت کنترل بهبودیافته تحت عدم قطعیت ممان اینرسی حدود ۱۵ درصد بهتر از کنترل کلاسیک است.

Keywords:

Satellite attitude control , Modified PID Control , Uncertainty , Reaction wheel , optimization