Estudos de um método para cálculo de ganhos da malha de controle de atitude de um lançador de satélites

• Ano de defesa: 2004
• Autor(a) principal: Daniel Carmona de Campos
• Orientador(a): Waldemar de Castro Leite Filho
• Banca de defesa: Mário César Ricci, Marcelo Lopes de Oliveira e Souza, Karl Heinz Kienitz
• 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: In this work, the VLS (Satellite Launcher Vehicle) control gains are calculated applying a frozen poles technique for each 1-second interval, allowing that a linear time invariant analysis to be executed inside each time interval during all flight phases. The system control architecture is proportional-integral with derivative feedback, making the 3 gains (pitch axis) to be scheduled with time so that the launcher can achieve the performance and stability requirements for the mission. A LQ (Linear Quadratic) methodology is applied for a chosen time instant, achieving a reference model that is adopted for all instants. However, making use of the 3 controller gains, it is not possible in each time to freeze all parameters of the model. This way, the controlled model varies during the flight and degenerates the attitude control in comparison with the reference model. Also, the specification of the weighting matrixes is an extremely empirical procedure, has poor physical meaning and relation with the time response. In this work, an analytic method is used for the determination of the gains, establishing the time response parameters: rising time, settling time and maximum ramp error. This way, the poles and zeros are free to move (respecting the variable "nature" of this system), regarding only the time requirements. This method appears to be better than the LQ method already in use, since it allows a corresponding between the adjustable parameters and the time response and has larger phase and gain margins.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/jeferson/2004/05.14.10.44

Neste trabalho, os ganhos do controlador do VLS são calculados aplicando-se a técnica de pólos congelados em intervalos de 1 segundo de vôo, permitindo que uma análise linear invariante seja adotada para cada intervalo de tempo ao longo de todas fases de vôo. Como a arquitetura de controle adotada é fixa (PID), os valores dos ganhos devem ser escalonados ao longo do tempo (gain scheduling) para que o foguete cumpra os diversos requisitos de estabilidade e performance determinados para a missão. Utilizando-se uma metodologia LQ (Linear Quadrática), para um instante de tempo escolhido, obtêm-se um modelo de referência que é estendido para todos instantes de vôo. Porém, através dos 3 ganhos do controlador (eixo de arfagem) não é possível em cada instante de vôo se fixar todos os parâmetros do modelo, fazendo como que este varie em relação ao modelo de referência e degradando o controle de atitude em relação ao instante onde o funcional foi minimizado. Além disso, a escolha das matrizes de ponderação é extremamente empírica, tendo pouco significado físico e relação com a resposta no tempo. Neste trabalho, utiliza-se um método analítico para determinação dos ganhos da malha de controle de atitude. Esta técnica visa definir os requisitos de resposta no tempo, a saber, tempo de subida, tempo de assentamento e máximo erro à entrada rampa. Desta maneira fixam-se as características da resposta no tempo, permitindo com que os pólos e zeros variem dentro de uma certa faixa (respeitando assim a ?natureza? variável do sistema). Este método mostra-se promissor quando comparado com o método já implementado, pois permite uma relação mais direta entre os parâmetros de ajuste e a resposta no tempo, além de maiores margens de fase e ganho.