@PhDThesis{Romero:2022:ApSDTe,
author = "Romero, Alessandro Gerlinger",
title = "Application of the SDRE technique in the satellite attitude and
orbit control system with nonlinear dynamics",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2022",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2021-12-07",
keywords = "nonlinear control, SDRE, H-infinity, controle n{\~a}o linear,
H-infinito.",
abstract = "The satellite attitude and orbit control subsystem (AOCS) can be
designed with success by linear control theory if the satellite
has slow angular motions. However, for fast maneuvers, the
linearized models are not able to represent all the perturbations
due to the effects of the nonlinear terms present in the dynamics
which compromises the systems performance. Therefore, in such
cases, it is expected that nonlinear control techniques yield
better performance than the linear control techniques, improving
the AOCS pointing accuracy without requiring a new set of sensors
and actuators. Nonetheless, these nonlinear control techniques can
be more sensitive to uncertainties. One candidate technique for
the design of AOCS control law under a fast maneuver is the
State-Dependent Riccati Equation (SDRE). SDRE provides an
effective algorithm for synthesizing nonlinear feedback control by
allowing nonlinearities in the system states while offering great
design flexibility through state-dependent weighting matrices. The
Brazilian National Institute for Space Research (INPE, in
Portuguese) was demanded by the Brazilian government to build
remote-sensing satellites, such as the Amazonia-1 and the CONASAT
missions. In the Amazonia-1 mission, the AOCS must stabilize the
satellite in three-axes so that the optical payload can point to
the desired target. Currently, the control laws of AOCS are
designed and analyzed using linear control techniques in
commercial software. In this work, we present research focused on
modeling and analysis, through simulation using open-source
software based on Java, of control laws, applying SDRE and SDRE
extended with H-infinity techniques, for attitude control as
nonlinear systems tackling the regulator problem in the presence
of hard nonlinearities and uncertainties. Moreover, we present a
methodology to evaluate a possible quantifiable increment in the
robustness of SDRE and SDRE extended with H-infinity when compared
to linear techniques. RESUMO: O subsistema de controle de atitude
e {\'o}rbita de um sat{\'e}lite (AOCS, do Ingl{\^e}s, Attitude
and Orbit Control subsystem) pode ser projetado com sucesso pela
teoria do controle linear se o sat{\'e}lite exibir movimentos
angulares lentos. No entanto, para manobras r{\'a}pidas, os
modelos linearizados n{\~a}o s{\~a}o capazes de representar
todas as perturba{\c{c}}{\~o}es devido aos efeitos dos termos
n{\~a}o lineares presentes na din{\^a}mica o que compromete o
desempenho do sistema. Portanto, nesses casos, espera-se que as
t{\'e}cnicas de controle n{\~a}o-lineares apresentem melhor
desempenho do que as t{\'e}cnicas de controle linear, melhorando
a precis{\~a}o de apontamento do AOCS sem exigir um novo conjunto
de sensores e atuadores. No entanto, essas t{\'e}cnicas de
controle n{\~a}o lineares podem ser mais sens{\'{\i}}veis a
incertezas. Uma t{\'e}cnica candidata para o projeto da lei de
controle do AOCS para manobras r{\'a}pidas {\'e} a
equa{\c{c}}{\~a}o de Riccati dependente do estado (SDRE, do
Ingl{\^e}s, State-Dependent Riccati Equation). O SDRE fornece um
algoritmo eficaz para sintetizar o controle baseado em feedback,
permitindo n{\~a}o linearidades nos estados do sistema,
oferecendo grande flexibilidade de projeto por meio de matrizes
peso dependentes do estado. O Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais (INPE) {\'e} demandado pelo governo brasileiro para a
constru{\c{c}}{\~a}o de sat{\'e}lites de sensoriamento remoto,
como a miss{\~a}o Amaz{\^o}nia-1 e a miss{\~a}o CONASAT. Na
miss{\~a}o Amazonia-1, o AOCS deve estabilizar o sat{\'e}lite em
tr{\^e}s eixos, para que a carga {\'o}ptica possa apontar para o
alvo desejado. Atualmente, as leis de controle do AOCS s{\~a}o
projetadas e analisadas usando t{\'e}cnicas de controle linear em
software comercial. Neste trabalho, apresentamos uma pesquisa
voltada para modelagem e an{\'a}lise, por meio de
simula{\c{c}}{\~a}o usando software livre baseado em Java, de
leis de controle, aplicando SDRE e SDRE estendido com H -
infinito, para controle de atitude como sistemas n{\~a}o lineares
focada no problema do regulador na presen{\c{c}}a de incertezas e
n{\~a}o linearidades r{\'{\i}}gidas. Al{\'e}m disso,
apresentamos uma metodologia para avaliar um poss{\'{\i}}vel
incremento quantific{\'a}vel na robustez do SDRE e do SDRE
estendido com H-infinito quando comparado {\`a}s t{\'e}cnicas
lineares.",
committee = "Ricci, Mario C{\'e}sar (presidente) and Souza, Luiz Carlos
Gadelha de (orientador) and Prado, Antonio Fernando Bertachini de
Almeida (orientador) and Carrara, Valdemir and Souza, Alain
Giacobini de",
englishtitle = "Aplica{\c{c}}{\~a}o da t{\'e}cnica SDRE nos sistemas de
controle de atitude e {\'o}rbita de sat{\'e}lites com
din{\^a}mica n{\~a}o linear",
language = "en",
pages = "109",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/45TQ5D8",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/45TQ5D8",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "20 maio 2024"
}