Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados

• Ano de defesa: 2006
• Autor(a) principal: Marcio Ferraz Gobato
• Orientador(a): Marcelo Lopes de Oliveira e Souza
• Banca de defesa: Adenilson Roberto da Silva, Henrique Mohallem Paiva, Gilberto da Cunha Trivelato
• 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: This work intends to study and compare two Classical (Single Input Single Output) Control design methods and three Modern (Multiple Input Multiple Output) Control design methods applied to weakly or heavily coupled aerospace systems. This work has as first application the Multi-Mission Platform - MMP currently under development at INPE. The models are developed considering an approximation of its configuration in the Nominal Mode, where it is controlled and stabilized in 3 axes through reaction wheels. The conditions where all three reaction wheels, installed in parallel to the principal axes of inertia of the satellite, are working properly (weak coupling), as well as the condition where failures occur to one of these reaction wheels and it is replaced by the fourth wheel installed symmetrically to the other three (strong coupling) are considered. The classical methods of Design by Time Response and by Dominant Poles of Proportional plus Derivative PD and Proportional plus Integral plus Derivative - PID control laws, are studied and compared with the modern methods of Synthesis by Pole Placement, Design by Linear Quadratic Regulator (LQR), and Design by Suboptimum Linear Quadratic Tracking R_LQR. Modeling and simulation of the mathematical problem are performed in the MatrixX® environment.The simulation results have shown the benefits of the Modern Control (MIMO) over the Classic Control (SISO) methods when applied to strongly coupled systems, at the cost of its greater complexity of design and implementation.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04

O objetivo deste trabalho é estudar e comparar dois métodos de projeto do Controle Clássico (Uma Entrada, Uma Saída) com três métodos de projeto do Controle Moderno (Múltiplas Entradas, Múltiplas Saídas) aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados. Este trabalho tem como primeira aplicação a Plataforma Multimissão - PMM correntemente em desenvolvimento no INPE. Os modelos são desenvolvidos considerando uma aproximação da sua configuração no Modo Nominal, onde o controle e estabilização em 3 eixos usa atuadores rodas a reação. São consideradas as condições onde as três rodas de reação instaladas em paralelo aos eixos principais de inércia do satélite estão funcionando normalmente (fraco acoplamento), bem como a condição onde uma dessas rodas de reação apresenta falha e é substituída pela quarta roda instalada simetricamente a essas três (forte acoplamento). Os métodos clássicos de Projeto por Resposta no Tempo e por Pólos Dominantes das Leis Proporcional mais Derivativa PD, e Proporcional mais Integral mais Derivativa - PID são estudados e comparados com os métodos modernos de Síntese por Alocação de Pólos - PP, Projeto por Regulador Linear Quadrático LQR, e Rastreador Linear Quadrático Sub-ótimo R_LQR. A modelagem e a simulação do problema são feitas no ambiente de desenvolvimento MatrixX®. O resultado das simulações confirmou os benefícios do controle multivariável sobre o controle monovariáve l aplicado a plantas que apresentam um forte acoplamento entre as variáveis de estado às custas da sua maior complexidade de projeto e implementação.