@MastersThesis{Gonzales:2009:UtMéSD,
author = "Gonzales, Rodrigo Guidoni",
title = "Utiliza{\c{c}}{\~a}o dos m{\'e}todos SDRE e filtro de Kalman
para o controle de atitude de simuladores de sat{\'e}lites",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2009",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2009-02-06",
keywords = "Controle de atitude, equa{\c{c}}{\~a}o de Riccati dependente do
estado (SDRE), Kalman, simulador, attitude control, SDRE, Kalman,
simulator.",
abstract = "Miss{\~o}es espaciais envolvendo procedimentos autom{\'a}ticos
de grandes manobras de atitude e controle utilizando novas
t{\'e}cnicas de controle n{\~a}o-lineares exigem do Sistema de
Controle de Atitude (SCA) alta confiabilidade, bom desempenho e
robustez. Neste contexto, a valida{\c{c}}{\~a}o experimental de
novos equipamentos e/ou t{\'e}cnicas de controle n{\~a}o-linear
{\'e} o caminho a ser seguido para se aumentar {\`a}
confian{\c{c}}a no projeto antes de sua entrada em
servi{\c{c}}o. O Departamento de Mec{\^a}nica Espacial e
Controle (DMC) do INPE est{\'a} construindo um Laborat{\'o}rio
de Simula{\c{c}}{\~a}o a fim de fornecer as
condi{\c{c}}{\~o}es necess{\'a}rias para
implementa{\c{c}}{\~a}o e testes de SCA para sat{\'e}lites. A
montagem de um simulador de sat{\'e}lites com tr{\^e}s graus de
liberdade capaz de acomodar v{\'a}rios componentes como sensores,
atuadores, computadores e suas respectivas interfaces {\'e} um
dos principais objetivos deste laborat{\'o}rio. A din{\^a}mica
de atitude em tr{\^e}s eixos apresenta uma planta altamente
n{\~a}o-linear, exigindo no projeto do SCA o emprego de
t{\'e}cnicas que considere tais n{\~a}o-linearidades. Portanto,
aproxima{\c{c}}{\~o}es lineares desta planta e/ou do
controlador, na maioria dos casos, n{\~a}o representam
corretamente a din{\^a}mica, principalmente quando se realiza
manobra de atitude com grandes {\^a}ngulos. Como resultado, o
projeto de controladores com t{\'e}cnicas lineares podem resultar
em baixo desempenho, podendo levar o sistema {\`a} instabilidade.
Neste trabalho utiliza-se o m{\'e}todo SDRE (State Dependent
Riccati Equation) para o projeto de um SCA para um simulador de
sat{\'e}lites com din{\^a}mica n{\~a}o-linear semelhante ao do
laborat{\'o}rio da DMC. O SDRE pode ser considerado como a
contraparte n{\~a}o-linear do LQR, possuindo suas vantagens e
desvantagens. Adicionalmente, aplica-se o m{\'e}todo SDRE
associado {\`a} t{\'e}cnica do Filtro de Kalman a fim de
incorporar as n{\~a}o-linearidades existentes em problemas como a
presen{\c{c}}a de ru{\'{\i}}dos nos processos e nas medidas dos
sensores, al{\'e}m da estima{\c{c}}{\~a}o de
informa{\c{c}}{\~o}es incompletas quanto aos estados do sistema.
Um modelo matem{\'a}tico do simulador implementado em Simulink e
resultados de simula{\c{c}}{\~o}es s{\~a}o apresentados para
demonstrar o bom desempenho e robustez do controlador SDRE
juntamente com Filtro de Kalman/SDRE. ABSTRACT: Space missions
involving automatic procedures for big attitude maneuvers and
control using new non-linear control techniques require from the
satellite Attitude Control System (ACS) reliability, adequate
performance and robustness. In that context, experimental
validation of new equipment and/or non-linear control techniques
through prototypes is the way to increase ACS confidence before
launching. The Space Mechanics and Control Division (DMC) of INPE
is constructing a Simulation Laboratory to supply the conditions
for implementing and testing satellite ACS. The development of a
3DoF simulator that can accommodate various satellites components
like sensors, actuators, computers and their respective interface
and electronic is an important objective of this Lab. When
designing a satellite 3DoF attitude control system, it is
necessary to deal with a highly non-linear plant. Linear
approximation of the plant and controller is not likely to deliver
good performance for large angle maneuvers; therefore a non-linear
approach must be considered. This thesis presents the application
of State-Dependent Riccati Equation (SDRE) method to design a
controller for a 3DoF simulator similar to the DMC one. The SDRE
can be considered as the non-linear counterpart of LQR control
technique; therefore it has its advantage and disadvantages. In
addition, practical applications also have to address problems
like presence of noise in process and measurements and incomplete
state information; Kalman filter is considered as state observer
to address these issues and, in order to incorporate the
non-linearities, SDRE method is also applied to filter
implementation. A simulink-based model is implemented and a few
simulations examples are provided to demonstrate the performance
of the SDRE controller with SDRE-based Kalman filter.",
committee = "Silva, Adenilson Roberto da (presidente) and Souza, Luiz Carlos
Gadelha de (orientador) and Fenili, Andr{\'e} and Soares,
{\'A}lvaro Manoel de Souza",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Application of SDRE and Kalman filter methods to attitude control
of satellite simulators.",
language = "pt",
pages = "120",
ibi = "8JMKD3MGP8W/354F2L5",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP8W/354F2L5",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "04 maio 2024"
}