مکانیک هوافضا (Aug 2023)
تحلیل و مقایسه کنترلرهای خطی، خطی‌سازی‌شده پس‌خور و پسگام مبتنی بر کواترنیون در کنترل وضعیت فضاپیما
Abstract
در این مقاله، طراحی و تحلیل کنترل وضعیت یک فضاپیما به‌عنوان یک جسم صلب، مبتنی بر سه کنترلر خطی، غیرخطی مبتنی بر خطی‌سازی پس‌خور و غیرخطی مبتنی بر پسگام ارائه‌شده است. با توجه به ویژگی بیان وضعیت به‌صورت فراگیر بر اساس پارامترهای کواترنیون، از این پارامترها برای استخراج معادلات دینامیکی استفاده‌شده است. پایداری فراگیر مجانبی کنترلر خطی و پسگام بر اساس روش لیاپانوف اثبات‌شده است. پایداری حلقه بسته کنترلر خطی‌سازی‌شده پس‌خور نیز با نشان دادن عدم وجود دینامیک داخلی اثبات‌شده است. بهره‌های کنترلی در روش خطی و پسگام بر اساس مدل خطی به‌دست‌آمده از خطی‌سازی محلی حول نقطه تعادل و در روش خطی‌سازی‌شده پس‌خور بر اساس مدل خطی فراگیر، تعیین‌شده است. عملکرد این سه کنترلر در سناریوهای مختلف باهم مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهند که کنترلر خطی‌سازی‌شده پس‌خور قادر به برآورد‌سازی دقیق زمان نشست مطلوب می‌باشد. درصورتی‌که بیشینه خطای زمان نشست حاصل‌شده نسبت به زمان نشست مطلوب در کنترل پسگام در حدود 17% و در کنترلر خطی در حدود 22% است. البته تلاش کنترلی کنترلر خطی‌سازی‌شده پس‌خور و پسگام به ترتیب 100% و 46% بیشتر از کنترلر خطی می‌باشد.
