کنترل بهینه شبیه ساز سه درجه آزادی فضاپیما با عملگرهای چرخ عکس العملی

این مقاله به جزییات طراحی یک شبیه ساز سه درجه آزادی فضاپیما که به عنوان یک پروژه تحقیقاتی بر روی دینامیک و کنترل فضاپیماها در آزمایشگاه تحقیقات فضایی دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی توسعه داده شده است، می پردازد. این شبیه ساز دمبلی شکل المان های متعددی نظیر یاتاقان هوایی کروی، حسگر وضعیت، باتری قابل شارژ، چرخ های عکس العملی، کامپیوتر مرکزی و اجرام بالانس دارد. در این مقاله، یک مسئله کنترل بهینه برای این شبیه ساز فضاپیما که عملگرهای موثر آن چرخ های عکس العملی هستند، مطالعه می گردد. با فرض یکنواختی گرانش زمین و چرخش بدون اصطکاک یاتاقان هوایی، چرخ های عکس العملی گشتاورهای کنترلی مورد نیاز را حول محورهای رول، پیچ و یاو تولید می نمایند. هدف سیستم کنترل آن است که فرامین ارسالی از کاربر با حداقل مصرف انرژی و بالاترین دقت اجرا شوند. برای این کار، یک کنترلر LQR برنامه ریزی شده و برای انجام مانورهای مورد نظر بر روی کامپیوتر شبیه ساز پیاده سازی شده است. این رهیافت کنترلی برای انجام مانورهای زاویه ای سریع سه محوره بزرگ طراحی شده و عملگر موثر آن چرخ های عکس العملی هستند.