Investigação de técnicas de controle multivariáveis no controle de atitude de um satélite rígido - flexível

• Ano de defesa: 2008
• Autor(a) principal: Ximena Celia Méndez Cubillos
• Orientador(a): Luiz Carlos Gadelha de Souza
• Banca de defesa: Ijar Milagre da Fonseca, Álvaro Manoel de Souza Soares, André Fenili
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
• País: BR
• Resumo em Inglês: The main objective of this work is the investigation of multivariable control techniques for attitude control of a Rigid Satellite - Flexible. For this investigation, a satellite model was developed consisting of a rigid body and two flexible panels. The investigated techniques are Linear Quadratic Regulator (LQR) method, Linear Quadratic Gaussian (LQG) method and H Infinity method. The satellite modeling was built following the Lagrangean approach and the discretization was done using the assumed-modes method. The equations of motion obtained were written in its modal state space form. In this phase one works with three modes of vibration, in order to inquire its influence in the performance of the system. In LQR method, the control law shows a good performance, however the method is only applied for system with absence of disturbances and where all the states are available. In reality that does not happen. On the other hand, the LQG method is more realistic, because nor all the states are available and the system presents noises. The LQG controller (Kalman filter + LQR) is better for damping the modes of vibration of panels. However, the performance of the system decays due to presence of the Kalman filter. The disadvantage of both the methods is the absence of a systematic procedure in the choice of weights matrix Q and R, and noises w and v. The H∞ method has a distinct systematic with respect to the other two methods here applied. In comparison with LQR and LQG the H∞ results in this work had been superior. However its great disadvantage is in the need of great ability and necessary experience to build the weights that are associated to the performance of the method H∞. Regarding to the flexion modes of vibration, the influences were verified for the controller and were more perceptible in the levels of panel vibration.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m17@80/2008/05.16.18.21

Este trabalho tem como objetivo principal a investigação de técnicas de controle para o controle de atitude de um Satélite Rígido - Flexível. Para a investigação, desenvolveu-se um modelo de satélite constituído de um corpo rígido e dois painéis flexíveis. O Regulador Linear Quadrático (LQR), Regulador Linear Gaussiano (LQG) e Controle H Infinito (H∞) são as técnicas investigadas. No modelamento do satélite utiliza-se a abordagem lagrangiana e aplica-se uma discretização através do método dos modos assumidos. Obtidas as equações de movimento, escrevem-se as mesmas na forma variáveis de estados. Neste estágio trabalha-se com até três modos de flexão, a fim de averiguar a sua influência no desempenho do sistema. No LQR, a lei de controle apresentou ótimo desempenho. Embora o método só seja aplicado a um sistema com ausência de perturbações e onde todos os estados estão disponíveis, na realidade isso não acontece de fato. Já a aplicação do LQG é mais realista, pois nem todos os estados estão disponíveis e o sistema apresenta perturbações. O desempenho do sistema decai devido à presença do filtro de Kalman. Uma desvantagem de ambos os métodos é a ausência de um procedimento sistemático na escolha das matrizes de peso Q e R, e os ruídos w e v. O método H∞ possui uma sistemática totalmente distinta dos outros dois métodos aqui aplicados. Comparando com o LQR e LQG seus resultados neste trabalho foi bem superior no critério tempo de estabilização. Contudo sua maior desvantagem está na necessidade de grande habilidade e experiência necessária para construir os pesos que estão associados ao desempenho do método H∞. Em relação à influência dos modos flexíveis da planta, verificou-se que não houve alteração significativa no desempenho da lei de controle ao amortecer os ângulos e as velocidades angulares do satélite. Porém, nos níveis de vibração dos painéis, os modos de flexão foram mais perceptíveis.