@MastersThesis{Souza:2013:EsEfMo,
author = "Souza, Alain Giacobini de",
title = "Estudo dos efeitos do movimento de l{\'{\i}}quido e da
flexibilidade no desempenho e na robustez do sistema de controle
de atitude de um sat{\'e}lite artificial",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2013",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2013-02-25",
keywords = "slosh, flexibilidade, an{\'a}logo mec{\^a}nico, LQR, LQG, filtro
de Kalman, H-infinito, slosh, flexibility, mechanical analogies,
LQR, LQG, kalman fliter, H-infinity.",
abstract = "O projeto do Sistema de Controle de Atitude (SCA) de
sat{\'e}lites artificiais torna- se mais dif{\'{\i}}cil {\`a}
medida que sua configura{\c{c}}{\~a}o possua componentes como
pain{\'e}is e antenas flex{\'{\i}}veis e/ou tanques preenchidos
com l{\'{\i}}quido, uma vez que tais componentes introduzem
perturba{\c{c}}{\~o}es que podem afetar a din{\^a}mica do
sat{\'e}lite, tornando-a mais complexa, bem como o desempenho e a
robustez do SCA. Portanto, torna-se de extrema import{\^a}ncia
levar em considera{\c{c}}{\~a}o tais efeitos no projeto do SCA
de sat{\'e}lites r{\'{\i}}gido-flex{\'{\i}}veis. Al{\'e}m
disso, embora um controlador bem projetado possa suprimir tais
perturba{\c{c}}{\~o}es rapidamente, a a{\c{c}}{\~a}o do
controlador poder{\'a} ficar limitada ao erro de apontamento
devido ao tempo m{\'{\i}}nimo necess{\'a}rio para suprimir tais
perturba{\c{c}}{\~o}es afetando, portanto sua
aquisi{\c{c}}{\~a}o de atitude. Neste trabalho investigam-se os
efeitos do movimento de l{\'{\i}}quido (slosh) e da
flexibilidade de um painel solar no desempenho e na robustez do
SCA de um sat{\'e}lite artificial. Para isso, desenvolveram-se
quatro modelos, sendo eles: um modelo A em que se considera apenas
o corpo r{\'{\i}}gido, o modelo B que {\'e} o corpo
r{\'{\i}}gido mais um tanque semipreenchido com um
l{\'{\i}}quido, o modelo C {\'e} constitu{\'{\i}}do do modelo
B mais um ap{\^e}ndice flex{\'{\i}}vel e o modelo D em que se
considera apenas o corpo r{\'{\i}}gido mais o ap{\^e}ndice
flex{\'{\i}}vel. Utiliza-se a din{\^a}mica de um p{\^e}ndulo
como an{\'a}logo mec{\^a}nico da din{\^a}mica do movimento do
l{\'{\i}}quido e a t{\'e}cnica do filtro de Kalman para estimar
par{\^a}metros do sistema. Particularmente, estima-se o
comprimento da haste do p{\^e}ndulo e sua frequ{\^e}ncia de
oscila{\c{c}}{\~a}o a fim de interpretar os efeitos do movimento
do l{\'{\i}}quido. Projeta-se a estes modelos dois SCA, um
usando o m{\'e}todo do Regulador Linear Quadr{\'a}tico (LQR) e
outro usando a t{\'e}cnica do Regulador Linear Gaussiano (LQG).
Para os modelos B e C projeta-se usando as leis de controle usando
os m{\'e}todos LQR e LQG considerando a estima{\c{c}}{\~a}o do
p{\^e}ndulo ao mesmo tempo. Para o modelo D projetou-se uma lei
de controle usando o m{\'e}todo H infinito. As leis de controle
projetadas com os m{\'e}todos LQR e LQG apresentaram um bom
desempenho. Ao efetuar a estima{\c{c}}{\~a}o ao mesmo tempo em
que se tem a a{\c{c}}{\~a}o da lei de controle, foi observado
que os polos come{\c{c}}aram a migrar para uma regi{\~a}o de
maior estabilidade melhorando a resposta do controlador. Por fim a
lei de controle projetada, no modelo D, com o m{\'e}todo H
infinito foi capaz de controlar a flexibilidade, mas apresentou
uma resposta lenta, devido {\`a} dificuldade de se encontrar uma
planta generalizada que satisfa{\c{c}}a as condi{\c{c}}{\~o}es
de uso deste m{\'e}todo. ABSTRACT: The design of the satellite
Attitude Control System (ACS) becomes more complex when the
satellite structure has great number of components like, flexible
solar panels and antennas, mechanical manipulators and tanks with
fuel. As result, the ACS performance and robustness can depend on
the effects of dynamics interaction between these components being
considered in the satellite controller design. When the satellite
is performing a translational and/or rotational maneuver the fuel
slosh motion can change the center of mass position damaging the
ACS accuracy. Therefore, controller performance and robustness
depend not only on a good control technique but also on the
knowledge of the system interactions characteristics. In this work
one designs the ACS for four models: Model A is rigid satellite,
Model B is rigid satellite with a partially filled fuel tank
taking into account the slosh dynamics using mechanical analogies,
Model C a same rigid satellite with the slosh dynamics and a
flexible arm (solar panel) and Model D is a rigid satellite with a
flexible arm (solar panel). In first case we estimate a parameter
of the mechanic analogous (slosh parameter) using a Kalman filter
and after that we design two ACS for these models using the Linear
Quadratic Regulator (LQR) and the Linear Quadratic Gaussian (LQG).
For the Models B and C we design two control laws using the LQR
and LQG methods and considering at the same time the estimation of
the rod. The Model D we develop a control law using the H infinity
method. The results using the methods LQR and LQG was satisfactory
and the results using at the same time the estimation of the slosh
parameter, in model B and C. We have interesting results: the
poles of the system run to a zone of more stability. The results
using the method H infinity in model D is not so satisfactory, but
it was able to control the flexibility.",
committee = "Fonseca, Ijar Milagre da (Presidente) and Souza, Luiz Carlos
Gadelha de (Orientador) and Zanardi, Maria Cec{\'{\i}}lia Franca
Paula Santos and Fenili, Andr{\'e}",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Study of the effects of slosh and flexibility in the performance
of attitude control system",
language = "pt",
pages = "146",
ibi = "8JMKD3MGP7W/3DG55TB",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP7W/3DG55TB",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}