Controle preditivo baseado em modelo aplicado em satélites rígido-flexíveis

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Peixoto, Pedro Jorge de Deus
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/34732
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.
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Uma característica que torna o controle de atitude de um satélite ainda mais desafiador é a presença de apêndices flexíveis no corpo do satélite. Na literatura, satélites que possuem esse tipo de apêndice são geralmente denominados rígido-flexíveis. Os apêndices flexíveis são bastante comuns em satélites, podendo consistir de painéis solares, velas, ou mesmo antenas, e podem dificultar, ou até mesmo impossibilitar, as manobras do satélite, pois, durante o movimento do mesmo, oscilações indesejadas podem ser excitadas nas estruturas flexíveis. Este trabalho tem o objetivo de projetar e validar controladores para um modelo de satélite rígido-flexível. O modelo do satélite é desenvolvido utilizando a abordagem de Lagrange, resultando em um sistema não-linear, que posteriormente é linearizado para o projeto de duas técnicas de controle baseadas em modelo linear: o Linear Quadratic Regulator (LQR) e o Model-based Predictive Control (MPC). Os controladores foram validados utilizando uma plataforma Hardware in the loop (HIL), uma arquitetura onde o controlador é implementado em Hardware, e o modelo do satélite, em ambiente de Software. O ambiente Simulink Real Time foi utilizado para implementar o modelo, e os controladores foram implementados em placa micro-processada Beaglebone. A plataforma HIL foi validada, pois conseguiu-se controlar a planta com os dois controladores propostos, para diversos cenários. Os resultados obtidos mostraram que o controlador MPC obtém melhor desempenho que o LQR em relação às oscilações da haste flexível, já que essa técnica lida diretamente com restrições nas variáveis do problema, apresentando também menor sobressinal para um horizonte de predição 60, com tempo de assentamento relativamente baixo. Os resultados de simulação também demonstraram que os modelos linear e não-linear do satélite possuem comportamentos bastante semelhantes, indicando que os termos não-lineares deste modelo têm pouca influência na dinâmica do sistema.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Artificial satellites have become very important in the last decades because of their wide applicability in the many areas of knowledge, such as meteorology, telecommunications and astronomy. An important process when placing a satellite in orbit, in order to fulfill the mission for which it is intended, is its attitude control, which is the control of the angular position of the satellite in relation to a fixed reference frame. Several attitude control techniques have been researched for the different applications and particularities of each type of satellite. One feature that makes the attitude control of a satellite even more challenging is the presence of flexible appendages in the satellite body. In the literature, satellites that have this type of appendix are usually called rigid-flexible. Flexible appendages are quite common in satellites, and may consist of solar panels, sails, or even antennas, and may hinder or even render impossible the maneuvers of the satellite, because, during the movement of the satellite, unwanted oscillations can be excited on the flexible structures. This work has the objective of designing and validating controllers for a rigid-flexible satellite model. The satellite model is developed using the Lagrange approach, resulting in a nonlinear system, which is later linearized for the design of two techniques of linear model-based control: Linear Quadratic Regulator (LQR) and Model-based Predictive Control (MPC). The controllers were validated using a hardware in the loop (HIL) platform, an architecture in which the controller is implemented in Hardware, and the satellite model is implemented in software environment. The environment Simulink Real Time was used to implement the model, and the controllers were implemented on micro-processed Beaglebone board. The HIL platform was validated inasmuch as it was possible to control the plant with the two controllers proposed for different scenarios. The results showed that the MPC controller performs better than the LQR controller with regard to the oscillations of the flexible appendix, since this technique deals directly with constraints on the problem variables, presenting also a smaller overshoot for a prediction horizon of 60, with a quite low settling time. The simulation results showed also that the linear and the nonlinear models of the satellite have very similar behavior, which indicates that the nonlinear terms of such model have little influence on the dynamics of the system.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Sistemas MecatrônicosPinto, André Murilo de AlmeidaSouza, Luiz Carlos Gadelha dePeixoto, Pedro Jorge de Deus2019-06-05T21:26:31Z2019-06-05T21:26:31Z2019-06-052018-03-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPEIXOTO, Pedro Jorge de Deus. Controle preditivo baseado em modelo aplicado em satélites rígido-flexíveis. 2018. viii, 75 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.http://repositorio.unb.br/handle/10482/34732A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-03-08T19:01:59Zoai:repositorio.unb.br:10482/34732Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-03-08T19:01:59Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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