Inverse optimal sliding mode control for spacecraft with coupled translation and attitude dynamics

การควบคุมผกผันเชิงสไลด์ดิ้งโหมดแบบเหมาะที่สุดสาหรับการเลื่อนตำแหน่งและปรับแอตทิจูดของยานอวกาศ

Name: Chutiphon Pukdeboon

Organization : King Mongkut's Institute of Technology North Bangkok. Faculty of Applied Science

Email : chutiphon.p@sci.kmutnb.ac.th

keyword: Inverse optimal sliding

LCSH: SPACE VEHICLES -- Control -- Design

; Spacecraft.

LCSH: SPACE VEHICLES -- Dynamics

Classification :.DDC: TL798.N3

LCSH: Global Positioning System

Abstract: This research studies new robust optimal control strategies for spacecraft position and attitude tracking maneuvers in the presence of external disturbances. Two optimal position and attitude controllers are developed to achieve asymptotic convergence to the desired position and attitude. The first optimal control law is designed based on the inverse optimal control concept using Sontag-type formula and a control Lyapunov function. For the second control law, the optimal Lyapunov approach is used to design an optimal position and attitude controller. Then robust optimal position and attitude controllers are designed by using an integral sliding mode control method to combine a second order sliding mode controller with the derived inverse optimal controller or optimal Lyapunov controller. Both developed robust optimal controllers can minimize a performance index and ensure the stability of the closed-loop system and attenuation of external disturbance. Besides, an inverse optimal controller with input saturations is designed to achieve asymptotic convergence to the desired translation and attitude and avoid the unwinding phenomenon. Later, a new sliding mode disturbance observer is also proposed to compensate for the total disturbances. A rigorous Lyapunov analysis is employed to ensure the finite-time convergence of observer error dynamics. An example of position and attitude tracking maneuvers is presented and simulation results are included to show the performance of the proposed controllers.

Abstract: งานวิจัยนี้ศึกษาวิธีการออกแบบตัวควบคุมแบบเหมาะสมที่สุดที่มีความคงทนสำหรับการ เคลื่อนที่และการปรับแอตทิจูดของยานอวกาศ ตัวควบคุม 2 ตัวถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้ควบคุมให้ ตำแหน่งและแอตทิจูดของยานอวกาศเข้าลู่สู่ค่าเป็นหมาย การออกแบบตัวควบคุมแบบเหมาะที่สุด ตัวที่หนึ่งใช้วิธีการของการควบคุมผกผันแบบเหมาะที่สุดซึ่งถูกออกแบบโดยอาศัยสูตรของ Sontag และฟังก์ชันควบคุมเหมาะที่สุด จากนั้นตัวควบคุมตัวที่สองถูกออกแบบโดยใช้วิธีการไลปูนอฟ เหมาะที่สุด ต่อมาได้ผสมผสานตัวควบคุมผกผันแบบเหมาะที่สุดกับตัวควบคุมแบบสไลด์ดิ้งโหมด โดยใช้วิธีการสไลด์ดิ้งโหมดแบบอินทิกรัลอันดับสอง และได้พิสูจน์เสถียรภาพของระบบควบคุม ภายใต้ตัวควบคุมที่ได้พัฒนาขึ้นมา พบว่าสามารถยืนยันการลู่เข้าของตำแหน่งและแอตทิจูดสู่ค่า เป้าหมายแบบเชิงเส้นกำกับได้โดยใช้วิธีการที่สองของไลปูนอฟ นอกจากนี้ยังได้มีการศึกษาใช้ วิธีการของการควบคุมผกผันแบบเหมาะที่สุดโดยพิจารณาค่าจำกัดของทอร์กและแรงที่ใช้ในการ ควบคุมและพัฒนาเทคนิคเพื่อป้องกันปรากฏการณ์ unwinding สุดท้ายตัวประมาณค่าการรบกวน ได้ถูกออกแบบเพื่อช่วยลดผลกระทบจากสัญญานรบกวนภายนอก ผู้วิจัยได้นำเสนอผลการจำลอง เชิงตัวเลขสำหรับระบบควบคุมภายใต้การใช้งานตัวควบคุมที่ได้พัฒนาขี้นมา เพื่อแสดงให้เห็นถึง ประสิทธิภาพของวิธีการควบคุมต่างๆที่ได้พัฒนาขึ้นมา

King Mongkut University of Technology North Bangkok. Central Library

Address: Bangkok

Email: library@kmutnb.ac.th

Name: Thailand Research Fund

Role: funding agency

Created: 2016

Modified: 2561-11-29

Issued: 2018-11-29

งานวิจัย/Research report

application/pdf

eng

©copyrights King Mongkut's University of Technology North Bangkok

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	B16198268.pdf	11.2 MB	11	2021-10-18 15:26:19

ใช้เวลา

0.036417 วินาที