شماره ركورد
24156
شماره راهنما
MEC2 262
عنوان
طراحي و پيادهسازي كنترل پيشبين اجماع ماهوارهها به كمك يادگيري تقويتي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا - ديناميك پرواز و كنترل
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1403/06/20
صفحه شمار
227 ص.
استاد راهنما
مريم ملك زاده ورنوسفادراني
كليدواژه فارسي
اجماع ماهوارهها , ، كنترل پيشبين+مشاهدهگر توسعهيافته , يادگيري تقويتي , شبيهساز زيرسيستم كنترل موقعيت زاويهاي ماهواره
چكيده فارسي
يكي از مسائل بسيار حياتي در دنياي امروز، انجام مأموريتهاي فضايي با كمترين هزينه و بالاترين دقت است. انجام يك مأموريت فضايي، از جمله ساخت و پرتاب ماهواره به فضا و همچنين كنترل و مديريت آن، چالشهاي بسياري را به همراه دارد و هزينههاي عظيمي را در بر ميگيرد. بنابراين، هر تحقيقي كه به منظور كاهش پيچيدگيها و هزينههاي مأموريتهاي فضايي انجام شود، اهميت بسياري دارد و ميتواند به صنعت فضايي كمك چشمگيري نمايد.
در اين پاياننامه، ابتدا به مطالعه تحقيقات پيشين و بررسي انواع دستگاه مختصات و نحوه تبديل آنها به يكديگر پرداختهشده است. سپس ديناميك و سينماتيك زاويهاي ماهواره صلب استخراج و معادلات 6 درجه آزادي پرواز گروهي ماهوارهها در حالت رهبر پيرو بهدستآمده است. در اين پژوهش، برخلاف روش سنتي رهبر پيرو، فرضيۀ جديدي مطرحشده است كه تنها تعداد محدودي از ماهوارههاي پيرو بهطور مستقيم اطلاعات رهبر را دريافت ميكنند و مابقي پيروها اطلاعات را از ماهوارههاي مجاور تخمين ميزنند.
سه روش كنترلي پيشبين غيرخطي براي كنترل وضعيت ماهوارهبر اساس زواياي رودريگرز، اويلر و كواترنيون طراحي و پس از مقاومسازي آنها در برابر اغتشاش، تأخير و خرابيها، شبيهسازي و ارزيابي شدند. كنترلكنندههاي پيشبين باهدف كنترل مانور وضعيت و خاموشكردن چرخهاي عكسالعملي در انتهاي مانور طراحي شدهاند. در اين سيستم، ممنتوم زاويهاي چرخها بهعنوان متغير حالت درنظرگرفتهشده و هدف اصلي كاهش زمان نشست و حفظ كمترين زمان اشباع عملگر بوده است.
در اين پايان نامه، تركيب مشاهدهگر توسعه يافته حالت با كنترل پيشبين سبب بهبود پايداري و دقت سيستم شده است. دو سناريوي شبيهسازي، شامل چهار پيرو و يك رهبر براي معادلات غيركوپل و يك رهبر و يك پيرو براي معادلات كوپل نيز بسط دادهشده و شبيهسازيشده است. درنهايت، هدف اين پژوهش توسعۀ سيستم كنترل هوشمند براي بهينهسازي ضرايب كنترلي و مشاهدهگر با استفاده از كنترل مدل پيشبين و يادگيري تقويتي بوده است.
در آخر، پيادهسازي كنترلكنندههاي پيشبين غيرخطي روي شبيهساز زيرسيستم كنترل وضعيت ماهواره انجامشده است. اين پيادهسازي در پنج سناريو مختلف و در حضور نامعينيها و اغتشاشات داخلي و خارجي براي ارزيابي عملكرد كنترلكنندهها و بررسي پايداري سيستم صورتگرفته است. همچنين، كنترلكننده پيشبين منتخب در دو حالت با و بدون مشاهدهگر پيادهسازي شده است و علاوه بر اين، الگوريتمهاي كنترل پيشبين براي معادلات كوپل و غيركوپل اجماع ماهوارهها در سناريوهاي مختلف نيز شبيهسازي و صحتسنجي شدهاند.
كليدواژه لاتين
Satellite Consensus , Predictive Control + Extended Observer , Reinforcement Learning , Satellite Attitude Control Subsystem Simulator
عنوان لاتين
Design and implementation of spacecraft consensus predictive control with reinforcement learninig
گروه آموزشي
مهندسي هوافضا
چكيده لاتين
One of the most critical issues in todayʹs world is conducting space missions with minimal cost and maximum precision. Carrying out a space mission, including the construction and launch of satellites into space, as well as their control and management, involves numerous challenges and incurs enormous costs. Therefore, any research aimed at reducing the complexity and cost of space missions is of great importance and can significantly contribute to the space industry.
In this thesis, previous research is first reviewed, and various coordinate systems and their transformations are examined. Then, the angular dynamics and kinematics of a rigid satellite are derived, and the six degrees of freedom equations for the formation flight of satellites in a leader-follower configuration are obtained. In this research, contrary to the traditional leader-follower approach, a new hypothesis is proposed in which only a limited number of follower satellites directly receive the leaderʹs information, while the remaining followers estimate the information from neighboring satellites.
Three nonlinear predictive control methods for attitude control of the satellite, based on Rodrigues, Euler, and quaternion angles, are designed. After robustifying these methods against disturbances, delays, and failures, they are simulated and evaluated. The predictive controllers are designed with the goal of controlling the attitude maneuver and turning off the reaction wheels at the end of the maneuver. In this system, the angular momentum of the wheels is considered a state variable, and the main objective is to minimize the settling time while maintaining the lowest actuator saturation time.
In this research, the combination of an extended state observer with predictive control improves the stability and accuracy of the system. Two simulation scenarios, including four followers and one leader for uncoupled equations, and one leader and one follower for coupled equations, have also been developed and simulated. Ultimately, the goal of this research is to develop an intelligent control system to optimize the control and observer coefficients using model predictive control and reinforcement learning.
Finally, the nonlinear predictive controllers are implemented on a satellite attitude control subsystem simulator. This implementation has been carried out in five different scenarios, in the presence of uncertainties and both internal and external disturbances, to evaluate the performance of the controllers and assess the stability of the system. Additionally, the selected predictive controller has been implemented both with and without the observer, and the predictive control algorithms for coupled and uncoupled consensus equations of the satellites have been simulated and validated in various scenarios.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
117664
نويسنده