Fechar
Metadados

@PhDThesis{GranzieraJr:2015:MaCoDe,
               author = "Granziera Junior, Francisco",
                title = "Mapeamento de conflitos na determina{\c{c}}{\~a}o e controle de 
                         atitude e estrat{\'e}gia para sua mitiga{\c{c}}{\~a}o 
                         considerando erros dos sensores e atuadores e requisitos de 
                         miss{\~a}o",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2015",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2015-05-08",
             keywords = "controle de atitude, erros de atitude, requisitos de miss{\~a}o, 
                         curvas de Pareto, sensor de estrela, attitude control, attitude 
                         errors, mission requirements, Pareto curves, star tracker.",
             abstract = "Esta tese apresenta uma abordagem integrada para projetar o 
                         estimador e o controlador de atitude de sat{\'e}lites 
                         considerando diferentes tipos de erros presentes nos sensores e 
                         atuadores. A principal contribui{\c{c}}{\~a}o do trabalho 
                         est{\'a} na na abordagem multi-objetivo do problema de 
                         determina{\c{c}}{\~a}o e controle de atitude, levando em conta 
                         erros aleat{\'o}rios e n{\~a}o aleat{\'o}rios. Isto inclui o 
                         reconhecimento da exist{\^e}ncia de conflitos nos objetivos e a 
                         identifica{\c{c}}{\~a}o das condi{\c{c}}{\~o}es em que estes 
                         se manifestam, al{\'e}m da obten{\c{c}}{\~a}o propriamente dita 
                         dos ganhos {\'o}timos do estimador e do controlador. Ao longo do 
                         texto {\'e} feita uma revis{\~a}o sobre malhas de 
                         estima{\c{c}}{\~a}o e controle de atitude de sat{\'e}lites onde 
                         s{\~a}o introduzidos os sensores de atitude com plena {\^e}nfase 
                         aos sensores de estrela (STR) incluindo a descri{\c{c}}{\~a}o do 
                         funcionamento dos STRs de {\'u}ltima gera{\c{c}}{\~a}o e a 
                         descri{\c{c}}{\~a}o sobre as fontes de incertezas que levam ao 
                         surgimento dos erros de baixa frequ{\^e}ncia (LFE) e 
                         aleat{\'o}rios (NEA). Tamb{\'e}m {\'e} feita uma listagem deste 
                         tipo de sensor comparando as principais caracter{\'{\i}}sticas 
                         dos modelos dispon{\'{\i}}veis no mercado. Uma modelagem 
                         matem{\'a}tica da jun{\c{c}}{\~a}o de dados de atitude de dois 
                         STRs {\'e} realizada de forma a obter um equacionamento para os 
                         erros LFE e NEA finais ap{\'o}s a fus{\~a}o. Tamb{\'e}m {\'e} 
                         estudado o efeito de uma malha de estima{\c{c}}{\~a}o de atitude 
                         que fa{\c{c}}a uso de gir{\^o}metros com intuito de atenuar o 
                         ru{\'{\i}}do angular. A malha de controle com um controlador PD 
                         {\'e} modelada levando em conta os ru{\'{\i}}dos e erros dos 
                         elementos que a comp{\~o}em, at{\'e} se obter 
                         equa{\c{c}}{\~o}es que relacionem estes erros aos conflitos na 
                         escolha dos par{\^a}metros do controlador, tipicamente a 
                         frequ{\^e}ncia natural. O problema da fus{\~a}o de atitude de 
                         dois STRs {\'e} abordado sobre o olhar multi-objetivo. S{\~a}o 
                         descritas quatro t{\'e}cnicas para obten{\c{c}}{\~a}o da curva 
                         de Pareto e exploradas suas limita{\c{c}}{\~o}es e 
                         complementaridades: o m{\'e}todo alg{\'e}brico, o m{\'e}todo 
                         num{\'e}rico de varredura, o m{\'e}todo de 
                         experimenta{\c{c}}{\~a}o estat{\'{\i}}stica e o m{\'e}todo 
                         por algoritmo gen{\'e}tico. Diversos casos de fus{\~a}o de dados 
                         de STRs s{\~a}o simulados e considerando casos t{\'{\i}}picos e 
                         hipot{\'e}ticos com inser{\c{c}}{\~a}o ou n{\~a}o de giros na 
                         malha de estima{\c{c}}{\~a}o. A malha de controle tamb{\'e}m 
                         {\'e} inserida e analisada no contexto multi-objetivo. Estudos de 
                         casos s{\~a}o realizados inspirados na configura{\c{c}}{\~a}o 
                         b{\'a}sica da Plataforma Multi-Miss{\~a}o e variantes 
                         explorat{\'o}rias. O problema multi-objetivo final {\'e} 
                         formulado com tr{\^e}s fun{\c{c}}{\~o}es custo: Erro de 
                         Apontamento, Deriva e Erro Total de Determina{\c{c}}{\~a}o de 
                         Atitude. Como solu{\c{c}}{\~a}o para o problema multi-objetivo 
                         aplicou-se o Crit{\'e}rio de Perda M{\'{\i}}nima com 
                         utilizando-se de plotagens de gr{\'a}ficos de Schilling em eixos 
                         logar{\'{\i}}tmicos. As an{\'a}lises mostraram que para casos 
                         em que os STRs eram id{\^e}nticos posicionados ortogonalmente, o 
                         m{\'e}todo de an{\'a}lise multi-objetivo mostrou-se pouco 
                         relevante, mas conforme a configura{\c{c}}{\~a}o se afasta deste 
                         caso ideal, com os sensores apresentando caracter{\'{\i}}sticas 
                         distintas e o {\^a}ngulo entre seus eixos de visada se tornando 
                         mais agudo, o m{\'e}todo proporciona impacto significativo na 
                         mitiga{\c{c}}{\~a}o dos erros, principalmente do LFE. ABSTRACT: 
                         This thesis presents an integrated approach to design the 
                         satellite attitude estimator and the attitude controller 
                         considering different types of errors present in the sensors and 
                         actuators. The main contribution of this work is in the 
                         multi-objective approach to the problem of attitude determination 
                         and control taking into account random and non-random errors. This 
                         includes the recognition of conflicts in goals and identifying the 
                         conditions in which they are manifested as well as obtaining the 
                         optimal gains of the estimator and the controller. Throughout the 
                         text it is made a review of the satellite attitude control loop. 
                         Attitude sensors are introduced with full emphasis on star sensors 
                         (STR) including the operation description of STRs and a 
                         description of the sources of uncertainty that lead to the arising 
                         of low frequency errors (LFE) and noise equivalent errors (NEA). 
                         It is also made a list of this type of sensor comparing the main 
                         features of the models available on the market. A mathematical 
                         modeling of attitude data fusion of two STRs is performed so as to 
                         obtain a final equation for the NEA and LFE errors after fusion. 
                         It is also studied the effect of an estimation attitude system 
                         that makes use of gyros aiming to reducing the angular noise. The 
                         control loop of a PD controller is modeled taking into account the 
                         noise and errors of the elements that compose it. The aim is to 
                         obtain equations that relate these errors to conflict in the 
                         choice of the controller parameters such as natural frequency and 
                         damping factor. The problem of the merger of two STRs attitude is 
                         approached on multi-objective view. Four techniques are described 
                         for obtaining the Pareto curve and to explore their limitations 
                         and complementarities: the algebraic method, the numerical 
                         scanning method, the statistical search method and a genetic 
                         algorithm method. Several cases of STRs data fusion are simulated 
                         and considering typical cases and hypothetical insertion with or 
                         without twists in the loop estimation. The control loop is also 
                         inserted and analyzed in multi-objective context. Case studies are 
                         carried out inspired in the basic configuration of the Multi- 
                         Mission Platform and exploratory variants. The ultimate 
                         multi-objective problem is formulated with three cost functions: 
                         Pointing error, Drift and Attitude Determination error. As a 
                         solution to the multi-objective problem it is applied the Smallest 
                         Loss Criterion with using plots of Schilling graphics on 
                         logarithmic axes. The analysis showed that for cases where STRs 
                         were identical orthogonally positioned, the multi-objective 
                         analysis method proved to be of little relevance, but as the 
                         configuration departs from this ideal case, with sensors having 
                         different characteristics and the angle between their boresights 
                         becoming more acute, the method provides significant impact in 
                         mitigating the errors, especially in the LFE.",
            committee = "Kuga, H{\'e}lio Koiti (presidente) and Rocco, Evandro Marconi 
                         (orientador) and Lopes, Roberto Vieira da Fonseca (orientador) and 
                         Zanardi, Maria Cec{\'{\i}}lia Fran{\c{c}}a de Paula Santos and 
                         Martins Filho, Luiz de Siqueira and Fernandes, Sandro da Silva",
           copyholder = "SID/SCD",
         englishtitle = "Mapping conflict in attitude control and determination and 
                         mitigation strategy considering sensors and actuators errors and 
                         mission requirements",
             language = "pt",
                pages = "185",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3JCJQHL",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34P/3JCJQHL",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "05 dez. 2020"
}


Fechar