H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dente, Pedro Miguel Mariano
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/10330
Resumo: A Low Earth Orbit (LEO) is the trajectory of a space vehicle such as a satellite, missile or space shuttle relative to the Earth with an altitude of 1,500 km or less. Keplerian orbits only take in account the gravitational forces between bodies, however, in real life applications there are a lot of perturbations that alter the initial trajectory or the “mathematical ideal orbit” of the space vehicle. The perturbations analyzed in this dissertation were the atmospheric drag and the oblateness of the Earth (J2). It is necessary to control this trajectory in order to adjust the orbital elements so that the space vehicle can operate in the surroundings of the initial orbit and perform its mission adequately. There are many types of controllers for these space vehicles like the Linear-Quadratic Regulator (LQR), the Sliding Mode Control (SMC), the Linear Matrix Inequality (LMI) and the H-infinity (H∞) Controller. It is essential to find the best type of controller for each specific mission. Considering the inherent limitations of the methods mentioned above, the H8 Controller was judged to be the most suitable for this application under certain conditions. The focus of this dissertation is the development of an H8 robust controller that can successfully alter the trajectory of a space vehicle with perturbations, so that it follows a referenced Keplerian trajectory with the same initial conditions.
id RCAP_0594b13e6e4ee6fa6a19568297cef917
oai_identifier_str oai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/10330
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth OrbitArrasto AtmosféricoControlador H∞J2Órbita Terrestre BaixaVeículo EspacialDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia AeronáuticaA Low Earth Orbit (LEO) is the trajectory of a space vehicle such as a satellite, missile or space shuttle relative to the Earth with an altitude of 1,500 km or less. Keplerian orbits only take in account the gravitational forces between bodies, however, in real life applications there are a lot of perturbations that alter the initial trajectory or the “mathematical ideal orbit” of the space vehicle. The perturbations analyzed in this dissertation were the atmospheric drag and the oblateness of the Earth (J2). It is necessary to control this trajectory in order to adjust the orbital elements so that the space vehicle can operate in the surroundings of the initial orbit and perform its mission adequately. There are many types of controllers for these space vehicles like the Linear-Quadratic Regulator (LQR), the Sliding Mode Control (SMC), the Linear Matrix Inequality (LMI) and the H-infinity (H∞) Controller. It is essential to find the best type of controller for each specific mission. Considering the inherent limitations of the methods mentioned above, the H8 Controller was judged to be the most suitable for this application under certain conditions. The focus of this dissertation is the development of an H8 robust controller that can successfully alter the trajectory of a space vehicle with perturbations, so that it follows a referenced Keplerian trajectory with the same initial conditions.Uma Órbita Terrestre Baixa (LEO) é a trajetória de um veículo espacial tal como um satélite, míssil ou vaivém espacial relativa à Terra com uma altitude de 1500 km ou menos. As órbitas Keplerianas são apenas caracterizadas pelas forças gravitacionais entre corpos, no entanto, em aplicações reais há muitas perturbações que alteram a trajetória inicial ou a “órbita matemática ideal” do veículo espacial. As perturbações analisadas nesta dissertação foram a força de resistência aerodinâmica e a não esfericidade da Terra (J2). É necessário controlar esta trajetória de maneira a ajustar os elementos orbitais para que o veículo espacial possa operar na vizinhança da órbita inicial e executar a sua missão adequadamente. Há vários tipos de controladores para estes veículos espaciais como o Regulador Quadrático Linear (LQR), o Controlo por Modo Deslizante (SMC), Desigualdades Matriciais Lineares (LMI) e o Controlador H-infinito (H∞). É essencial encontrar o melhor tipo de controlador para cada missão específica. Tendo em conta as limitações intrínsecas dos métodos acima mencionados, o Controlador H8 foi julgado o mais adequado neste caso, dentro de certas condições. O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um controlador H8 robusto que consegue alterar a trajetória de um veículo espacial com perturbações, de maneira a fazê-lo seguir uma trajetória Kepleriana com as mesmas condições iniciais.Bousson, KouamanauBibliorumDente, Pedro Miguel Mariano2022-11-20T01:30:18Z2020-01-092019-11-262020-01-09T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.6/10330TID:202466981enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-12-15T09:51:59Zoai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/10330Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T00:50:19.174441Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
title H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
spellingShingle H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
Dente, Pedro Miguel Mariano
Arrasto Atmosférico
Controlador H∞
J2
Órbita Terrestre Baixa
Veículo Espacial
Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Aeronáutica
title_short H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
title_full H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
title_fullStr H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
title_full_unstemmed H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
title_sort H∞ Orbital Control of a Space Vehicle on a Low Earth Orbit
author Dente, Pedro Miguel Mariano
author_facet Dente, Pedro Miguel Mariano
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Bousson, Kouamana
uBibliorum
dc.contributor.author.fl_str_mv Dente, Pedro Miguel Mariano
dc.subject.por.fl_str_mv Arrasto Atmosférico
Controlador H∞
J2
Órbita Terrestre Baixa
Veículo Espacial
Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Aeronáutica
topic Arrasto Atmosférico
Controlador H∞
J2
Órbita Terrestre Baixa
Veículo Espacial
Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Aeronáutica
description A Low Earth Orbit (LEO) is the trajectory of a space vehicle such as a satellite, missile or space shuttle relative to the Earth with an altitude of 1,500 km or less. Keplerian orbits only take in account the gravitational forces between bodies, however, in real life applications there are a lot of perturbations that alter the initial trajectory or the “mathematical ideal orbit” of the space vehicle. The perturbations analyzed in this dissertation were the atmospheric drag and the oblateness of the Earth (J2). It is necessary to control this trajectory in order to adjust the orbital elements so that the space vehicle can operate in the surroundings of the initial orbit and perform its mission adequately. There are many types of controllers for these space vehicles like the Linear-Quadratic Regulator (LQR), the Sliding Mode Control (SMC), the Linear Matrix Inequality (LMI) and the H-infinity (H∞) Controller. It is essential to find the best type of controller for each specific mission. Considering the inherent limitations of the methods mentioned above, the H8 Controller was judged to be the most suitable for this application under certain conditions. The focus of this dissertation is the development of an H8 robust controller that can successfully alter the trajectory of a space vehicle with perturbations, so that it follows a referenced Keplerian trajectory with the same initial conditions.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-11-26
2020-01-09
2020-01-09T00:00:00Z
2022-11-20T01:30:18Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10400.6/10330
TID:202466981
url http://hdl.handle.net/10400.6/10330
identifier_str_mv TID:202466981
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799136393893511168