Modelagem e dinâmica de plataforma experimental de satélites visando o controle da atitude

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Schneiders, Patrick Hauschild Lemos
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: http://bdm.unb.br/handle/10483/19772
Resumo: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2017.
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spelling Schneiders, Patrick Hauschild LemosSouza, Luiz Carlos Gadelha deSCHNEIDERS, Patrick Hauschild Lemos. Modelagem e dinâmica de plataforma experimental de satélites visando o controle da atitude. 2017. 92 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Aeroespacial)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.http://bdm.unb.br/handle/10483/19772Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2017.Missões espaciais são projetos que envolvem um alto custo, mas que podem gerar lucros de valor ainda mais elevado. Sua complexidade inerente não permite que testes experimentais de seus subsistemas, em particular o Sistema de Controle de Atitude (SCA), sejam realizados facilmente no espaço. Uma solução barata que permite solucionar esse problema são testes experimentais em laboratórios com protótipos - os quais podem ser testados e simulados em condições bem próxima o ambiente espacial. O trabalho aqui proposto tem como principal objetivo a modelagem de um Simulador de Sistemas de Controle de Atitude de Satélites, o que permite a investigação da dinâmica e de técnicas e estratégias de controle do SCA com diferentes configurações. A flexibilidade de tais configurações está associada à modularidade do SCA no que diz respeito ao número e posições de atuadores e sensores. Para o desenvolvimento deste trabalho foi feita uma revisão bibliográfica que destaca os principais projetos de SCA desenvolvidos e adotados por algumas Universidades e Centros de Pesquisas Internacionais. Inicia-se a modelagem do SCA com um equacionamento detalhado da dinâmica e da cinemática não linear de uma plataforma com rotação em três dimensões (3D) e com três rodas de reação como atuadores. As equações geradas são posteriormente linearizadas e usadas para investigar o desempenho de algoritmos que visam controlar a velocidade angular e o deslocamento angular (atitude). Particularmente, aplica-se a técnica de controle LQR (Regulador Linear Quadrático) e, em seguida, a técnica LQG (Linear Quadrático Gaussiano), associado à alocação de polos. Estas estratégias de controle permitiram obter diferentes ganhos, propiciando ao projetista obter as principais condições de controle de modo a satisfazer aos requisitos de desempenho do sistema, tais como, baixa ou alta taxa de amortecimento e redução das oscilações nas respostas dinâmicas do sistema. Investiga-se também a capacidade dos ganhos obtidos com a técnica LQR para o sistema linear controlar o sistema não linear. Nesta investigação observou-se que embora o controlador LQR consiga reduzir as velocidades angulares e a atitude da plataforma, as velocidades angulares das rodas de reação atingem valores muito altos, caracterizando a situação de saturação, uma vez que este controlador tem que vencer os termos não lineares da dinâmica. Por fim, como extensão deste trabalho é sugerido um estudo da dessaturação das rodas de reação por meio de uma lei de controle oriunda da interação de um magneto-torque e o campo magnético da Terra e também através da utilização do arrasto atmosférico.Submitted by Caroline Botelho Teixeira (carolineteixeira@bce.unb.br) on 2018-03-22T13:34:32Z No. of bitstreams: 3 license_text: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017_PatrickHauschildLemosSchneiders_tcc.pdf: 2659046 bytes, checksum: b1213ac3fc163def10ccdf9fa8b71674 (MD5)Approved for entry into archive by Luanna Maia (luanna@bce.unb.br) on 2018-03-29T12:12:08Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_text: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017_PatrickHauschildLemosSchneiders_tcc.pdf: 2659046 bytes, checksum: b1213ac3fc163def10ccdf9fa8b71674 (MD5)Made available in DSpace on 2018-03-29T12:12:08Z (GMT). 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The flexibility of such configurations is associated with the modularity of the ACS with respect to the number and positions of actuators and sensors. For the development of this work a bibliographic review was done which highlights the main projects ACS developed and adopted by some Universities and International Research Centers. The Simulator of ACS of satellite is modeled with a detailed analysis of the dynamics and non-linear kinematics of a platform with three-dimensional rotation (3D) and three reaction wheels as actuators. The equations generated are later linearized and used to investigate the performance of algorithms that aim to control angular velocity and attitude. Particularly, the LQR (Quadratic Linear Regulator) control technique is applied, followed by the LQG (Gaussian Quadratic Linear), associated with pole allocation. These control strategies allowed to obtain different gains, allowing the designer to obtain the main control conditions to satisfy the performance requirements of the system, such as low or high damping rate and reduction of oscillations in the dynamic responses of the system. The gains obtained with the LQR technique for the linear system are used to control the nonlinear system. In this investigation, it was observed that although the LQR control laws can reduce the angular velocities and the attitude of the platform, the angular velocities of the reaction wheels reach very high values, which characterizes the saturation situation, since this controller has That overcome the non-linear suits of dynamics. Finally, as an extension of this work, a study of the desaturation of the reaction wheels is suggested by means of a control law using the Earth's magnetic field.Veículos espaciaisSatélites artificiaisModelagem e dinâmica de plataforma experimental de satélites visando o controle da atitudeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2018-03-29T12:12:08Z2018-03-29T12:12:08Z2017-06-26info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2017_PatrickHauschildLemosSchneiders_tcc.pdf2017_PatrickHauschildLemosSchneiders_tcc.pdfapplication/pdf2659046http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/19772/1/2017_PatrickHauschildLemosSchneiders_tcc.pdfb1213ac3fc163def10ccdf9fa8b71674MD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain49http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/19772/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_textapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/19772/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/19772/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1817http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/19772/5/license.txt21554873e56ad8ddc69c092699b98f95MD5510483/197722018-03-29 09:12:09.002oai:bdm.unb.br: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Biblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712018-03-29T12:12:09Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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