Un diseño de clúster de giroscopios de momento de control gimbaldos para el control de actitud de naves espaciales
Autores: Papakonstantinou, Charalampos; Lappas, Vaios; Kostopoulos, Vassilis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un diseño de clúster de giroscopios de momento de control gimbaldos para el control de actitud de naves espaciales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Evitación de singularidades
Esquema de clúster GCMG
Grados de libertad
Ley de dirección
Control de actitud
Clúster VSCMG
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Este documento aborda el problema de la evitación de singularidades en un grupo de cuatro giroscopios de momento de control de un solo gimbal (SGCMGs) en una configuración de pirámide cuando se utilizan para el control de actitud de un satélite, introduciendo un nuevo esquema de grupo de giroscopios de momento de control gimbaled (GCMG). Se utilizaron cuatro SGCMGs en una configuración de pirámide, junto con un pequeño y simple motor paso a paso que se utilizó para gimbalizar todo el grupo alrededor de su eje vertical. A diferencia del uso de cuatro giroscopios de momento de control de velocidad variable (VSCMGs), donde se disponen de ocho grados de libertad para la evitación de singularidades, el diseño propuesto de GCMG utiliza solo cinco grados de libertad (DoFs), y se diseñó una ley de dirección modificada para la nueva configuración. El diseño propuesto ofrece las ventajas de los SGCMGs, como un bajo peso, tamaño y complejidad reducida, con el beneficio adicional de superar las singularidades elípticas internas, que crean un error de actitud menor. Se realizó una comparación con el grupo de cuatro VSCMG a través de simulaciones numéricas, y los resultados indicaron que el diseño de GCMG era considerablemente más eficiente en términos de energía, logrando una mejor configuración de gimbal al final de la simulación, lo cual es esencial cuando se desea ejecutar diferentes maniobras de manera consecutiva. Además, para un nano-satélite de unos pocos kilogramos, los resultados demuestran que es factible fabricar el concepto de GCMG utilizando motores paso a paso comerciales asequibles y ligeros.
Descripción
Este documento aborda el problema de la evitación de singularidades en un grupo de cuatro giroscopios de momento de control de un solo gimbal (SGCMGs) en una configuración de pirámide cuando se utilizan para el control de actitud de un satélite, introduciendo un nuevo esquema de grupo de giroscopios de momento de control gimbaled (GCMG). Se utilizaron cuatro SGCMGs en una configuración de pirámide, junto con un pequeño y simple motor paso a paso que se utilizó para gimbalizar todo el grupo alrededor de su eje vertical. A diferencia del uso de cuatro giroscopios de momento de control de velocidad variable (VSCMGs), donde se disponen de ocho grados de libertad para la evitación de singularidades, el diseño propuesto de GCMG utiliza solo cinco grados de libertad (DoFs), y se diseñó una ley de dirección modificada para la nueva configuración. El diseño propuesto ofrece las ventajas de los SGCMGs, como un bajo peso, tamaño y complejidad reducida, con el beneficio adicional de superar las singularidades elípticas internas, que crean un error de actitud menor. Se realizó una comparación con el grupo de cuatro VSCMG a través de simulaciones numéricas, y los resultados indicaron que el diseño de GCMG era considerablemente más eficiente en términos de energía, logrando una mejor configuración de gimbal al final de la simulación, lo cual es esencial cuando se desea ejecutar diferentes maniobras de manera consecutiva. Además, para un nano-satélite de unos pocos kilogramos, los resultados demuestran que es factible fabricar el concepto de GCMG utilizando motores paso a paso comerciales asequibles y ligeros.