Dissertação

Modelling and Simulation of the ECOSAT-III Attitude Determination and Control System EVALUATED

A determinação e controlo de atitude em CubeSats é desafiante devido a restrições de volume e à falta de pequenos sensores de atitude. Adicionalmente, os sistemas de controlo de atitude nestes satélites utilizam tipicamente “magnetorquers” como actuadores, que têm eficácia reduzida a inclinações orbitais menores e sofrem de uma precisão inferior comparativamente a rodas de reacção. Deste modo, a maioria dos designs de controlo para CubeSats contêm erros de atitude consideráveis. Nesta tese é proposto um sistema de determinação de atitude e controlo (ADCS) que utiliza sensores e actuadores de baixo custo e permite obter uma precisão de direcionamento superior a 4:78 deg. Realiza-se o desenvolvimento e comparação de quatro diferentes algoritmos de estimação que utilizam medições provenientes de um sensor solar, magnetómetro, e giroscópio de sistemas micro-electromecânicos (MEMS). O “multiplicative extended Kalman filter” (MEKF) é implementado como base comparativa para os outros três algoritmos: o “unscented quaternion Kalman filter” (UQKF), o “two-step optimal estimator” (2STEP), e o “constant gain geometric attitude observer” (GEOB). Para o controlo de atitude, uma versão melhorada da lei “B-dot” que utiliza “magnetorquers” é implementada para o “detumbling”. Um controlador em “sliding mode” é empregado para a fase nominal de “Earth-tracking” utilizando um sistema especial de rodas de reacção (RWS). Um sistema de “dumping” de momento utilizando os “torquers” é implementado para garantir que o RWS evita a saturação. São realizadas simulações no âmbito do satélite ECOSat-III. O ADCS proposto garante um erro de direcionamento abaixo dos 2 deg e um “detumbling” em 3.5 órbitas.
Determinação de atitude, controlo de atitude, CubeSat, estimação não-linear, controlo nãolinear, filtro de Kalman

Abril 20, 2016, 16:30

Publicação

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Orientação

ORIENTADOR

Afzal Suleman

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado