Dissertação

{en_GB=Simulation of a Commercial Off-The-Shelf ADCS with Design of a Pitch Sun Tracking Attitude Mode for the ORCASat} {} CONFIRMED

{pt=Esta Tese de Mestrado tem o intuito de demonstrar que o CubeSpace CubeADCS Y-Momentum cumpre os requisitos da missão ORCASat: efetuar o detumbling do satélite, manter o erro de estimação de atitude inferior a 2° e o erro de atitude inferior a 10° durante o modo de Nadir Pointing (NP). Por forma a ter uma alternativa ao modo NP durante as órbitas em que a potência fornecida pelos painéis solares é mínima, desenvolveu-se também o modo de atitude Pitch Sun Tracking (PST). O CubeADCS Y-Momentum possui um conjunto de sensores de precisão média e a atuação é realizada por três magnetorquers auxiliados por uma pitch momentum wheel. As simulações permitem verificar que, entre os cinco modos de estimação disponíveis, o Multiplicative Extended Kalman Filter e o Additive garantem uma estimação aceitável do estado do satélite no que diz respeito à atitude e velocidade angular. Quatro modos de detumbling foram simulados e comparados entre si em termos de performance e requisitos de potência. Estes resultam adequados ao detumbling do satélite, podendo diminuir a velocidade angular do satélite num período de tempo aceitável. Finalmente, é mostrado através de simulações detalhadas que durante o modo NP o ADCS, utlizando um Regulador Quadrático Linear de Ganho Constante, é capaz de manter o erro de atitude dentro do requisito, enquanto que durante o modo PST pode manter a potência disponível nos painéis solares quase constantemente por volta do valor máximo obtido no modo NP, sem a necessidade de alterar os ganhos do controlador. , en=This article was created to demonstrate the ability of CubeSpace Y-Momentum ADCS to meet the mission requirements of ORCASat: detumbling the satellite, keeping the attitude estimation error beneath 2° and the attitude error within 10° during the Nadir Pointing (NP) attitude mode. Furthermore, in order to have an alternative to the NP mode during the orbits in which the power provided by the solar panels is minimum, the Pitch Sun Tracking (PST) attitude mode is developed and numerically tested. CubeADCS Y-Momentum features a medium accuracy sensor set and the actuation is performed by three magnetorquers which are aided by a pitch momentum wheel. The simulations show that, among the five available estimation modes, the Multiplicative Extended Kalman Filter and the Additive one are able to guarantee an acceptable estimate of the state of the satellite in terms of attitude and angular velocity. Four detumbling modes are simulated and compared in terms of performance and power requirements. They result suitable to detumble the spacecraft, being able to decrease the angular rate of the satellite in an acceptable time frame. Finally, it is shown via detailed simulations that during the NP mode the ADCS, employing a Constant Gain Linear Quadratic Regulator, is able to keep the attitude error within the requirement, while during the PST mode it can maintain the power available to the solar panels almost constantly on the highest value enabled by the NP mode, without needing to change the gain matrix of the controller.}
{pt=ADCS, Pitch Sun Tracking, CubeSat, Extended Kalman Filter, Disponibilidade de Poténcia, en=ADCS, Pitch Sun Tracking, CubeSat, Extended Kalman Filter, Power Availability}

Dezembro 17, 2020, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Afzal Suleman

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático