@MastersThesis{OliveiraJr:2016:PrSiSi,
author = "Oliveira Junior, Arnaldo Ferreira de",
title = "Projeto e simula{\c{c}}{\~a}o do sistema de
valida{\c{c}}{\~a}o e testes de controle de atitude com
aplica{\c{c}}{\~a}o em micro-sat{\'e}lites",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2016",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-05-25",
keywords = "controle de atitude, filtro de Kalman, simula{\c{c}}{\~a}o,
attitude control, Kalman filter, simulation.",
abstract = "Neste trabalho apresentaremos por meio de modelagem
matem{\'a}tica dos sensores (magnet{\^o}metro, sensor solar e
girosc{\'o}pios MEMS) e dos atuadores (bobinas magn{\'e}ticas)
um simulador que represente as caracter{\'{\i}}sticas reais do
sistema de determina{\c{c}}{\~a}o e controle de atitude a serem
desenvolvidos pelo INPE e que ser{\~a}o embarcados no computador
de bordo do sat{\'e}lite NBR-2, um Cubesat 2U em desenvolvimento
com lan{\c{c}}amento previsto para 2016. De forma a extrair
informa{\c{c}}{\~o}es {\'u}teis dos experimentos de bordo, o
sat{\'e}lite dever{\'a} contar com um sistema de
determina{\c{c}}{\~a}o de atitude. O algoritmo de
determina{\c{c}}{\~a}o de atitude deve ser
determin{\'{\i}}stico, obtendo os par{\^a}metros de atitude
diretamente a partir das medidas efetuadas pelos sensores, que
s{\~a}o contaminadas com ru{\'{\i}}do. O m{\'e}todo TRIAD
ser{\'a} utilizado na determina{\c{c}}{\~a}o de atitude; o
processo de estima{\c{c}}{\~a}o de atitude e do vi{\'e}s do
girosc{\'o}pio ser{\'a} executado por um filtro de Kalman. A
propaga{\c{c}}{\~a}o do estado ser{\'a} feita pela
din{\^a}mica do corpo r{\'{\i}}gido livre de torques externos,
e pela equa{\c{c}}{\~a}o da cinem{\'a}tica em quat{\'e}rnio. O
sistema de controle de atitude dever{\'a}, em seu modo nominal,
efetuar o apontamento de uma das faces do NBR-2 para a Terra com
precis{\~a}o ao redor de cinco graus. O equacionamento do filtro,
as equa{\c{c}}{\~o}es de propaga{\c{c}}{\~a}o e os resultados
de simula{\c{c}}{\~a}o do movimento do sat{\'e}lite em
{\'o}rbita ser{\~a}o apresentados. Estes resultados ser{\~a}o
utilizados na codifica{\c{c}}{\~a}o do software a ser embarcado
nas pr{\'o}ximas miss{\~o}es brasileiras baseadas em Cubesats.
Para codifica{\c{c}}{\~a}o do software ser{\~a}o apresentadas
as principais caracter{\'{\i}}sticas do computador de bordo
NanoMind do NBR-2, bem como o sistema operacional FreeRTOS. Os
resultados mostram que o algoritmo do Filtro de Kalman, mesmo sob
condi{\c{c}}{\~o}es iniciais imprecisas, {\'e} capaz de
convergir. Estes resultados ser{\~a}o {\'u}teis na
codifica{\c{c}}{\~a}o de software dos sat{\'e}lites do programa
NBR-2, al{\'e}m de outros programas a serem desenvolvidos pelo
INPE baseados na plataforma Cubesat. ABSTRACT: This work shows by
mathematical modeling of the sensors (magnetometer, solar sensor
and MEMS Gyros) and the actuators (magnetic coils), a computer
simulator representing the real characteristics of attitude
determination and control system for Cubesat missions at INPE and
will be embedded in onboard computer of satellite NBR-2, a Cubesat
in development with scheduled launch at 2016. In order to extract
usefull information from onboard experiments, the satellite should
rely in an attitude determination system. The algorithm of
attitude determination should be deterministic, obtaining the
attitude parameters direct from measurements of sensors wich are
contaminated with noise. The TRIAD or QUEST methods will be used
for attitude determination; the estimation process of attitude and
gyros bias will be executed by a Kalman filter. A rigid body
dynamics without external torques, together with the kynematic
equations, will be employed for the filter state propagation in
terms of quaternions. The attitude control system, in nominal
mode, should point one face of NBR-2 to Earth, with accuracy
around five degrees. The Kalman filter equations, the state
variables dynamic equations and the results from attitude and
orbit simulation will be presented. This results will be used in
embedded code of ADCS (Attitude Determination and Control System)
for next Brazilian missions based on Cubesat. The main
characteristics of NanoMind onboard computer of the NBR-2 is
presented, as well as the FreeRTOS operational system. Results
show that the Kalman filter algorithm, even under inaccurate
initial conditions, can converge. This results will be usefull in
software coding for NBR satellite program, or others ADCS
softwares to be developed by INPE based on the Cubesat
plataform.",
committee = "Kuga, Helio Koiti (presidente/orientador) and Carrara, Valdemir
(orientador) and Oliveira, {\'E}lcio Jeronimo de and Saotome,
Osamu",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Design and simulation of the validation and tests system and
attitude control with application in microsatellites",
language = "pt",
pages = "99",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3M47EC5",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3M47EC5",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}