%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/04.06.12.41
%2 sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/04.06.12.41.37
%T Utilização dos métodos SDRE e filtro de Kalman para o controle de atitude de simuladores de satélites
%J Application of SDRE and Kalman filter methods to attitude control of satellite simulators.
%D 2009
%8 2009-02-06
%9 Dissertação (Mestrado em Mecânica Espacial e Controle)
%P 120
%A Gonzales, Rodrigo Guidoni,
%E Silva, Adenilson Roberto da (presidente),
%E Souza, Luiz Carlos Gadelha de (orientador),
%E Fenili, André,
%E Soares, Álvaro Manoel de Souza,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K Controle de atitude, equação de Riccati dependente do estado (SDRE), Kalman, simulador, attitude control, SDRE, Kalman, simulator.
%X Missões espaciais envolvendo procedimentos automáticos de grandes manobras de atitude e controle utilizando novas técnicas de controle não-lineares exigem do Sistema de Controle de Atitude (SCA) alta confiabilidade, bom desempenho e robustez. Neste contexto, a validação experimental de novos equipamentos e/ou técnicas de controle não-linear é o caminho a ser seguido para se aumentar à confiança no projeto antes de sua entrada em serviço. O Departamento de Mecânica Espacial e Controle (DMC) do INPE está construindo um Laboratório de Simulação a fim de fornecer as condições necessárias para implementação e testes de SCA para satélites. A montagem de um simulador de satélites com três graus de liberdade capaz de acomodar vários componentes como sensores, atuadores, computadores e suas respectivas interfaces é um dos principais objetivos deste laboratório. A dinâmica de atitude em três eixos apresenta uma planta altamente não-linear, exigindo no projeto do SCA o emprego de técnicas que considere tais não-linearidades. Portanto, aproximações lineares desta planta e/ou do controlador, na maioria dos casos, não representam corretamente a dinâmica, principalmente quando se realiza manobra de atitude com grandes ângulos. Como resultado, o projeto de controladores com técnicas lineares podem resultar em baixo desempenho, podendo levar o sistema à instabilidade. Neste trabalho utiliza-se o método SDRE (State Dependent Riccati Equation) para o projeto de um SCA para um simulador de satélites com dinâmica não-linear semelhante ao do laboratório da DMC. O SDRE pode ser considerado como a contraparte não-linear do LQR, possuindo suas vantagens e desvantagens. Adicionalmente, aplica-se o método SDRE associado à técnica do Filtro de Kalman a fim de incorporar as não-linearidades existentes em problemas como a presença de ruídos nos processos e nas medidas dos sensores, além da estimação de informações incompletas quanto aos estados do sistema. Um modelo matemático do simulador implementado em Simulink e resultados de simulações são 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.
%@language pt
%3 publicacao.pdf