Un método de determinación de actitud y control por modo deslizante para maniobras de escaneo ágil con cepillos de bigotes de microsatélites
Autores: Yang, Xinyan; Li, Zhaoming; Li, Lei; Liao, Yurong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un método de determinación de actitud y control por modo deslizante para maniobras de escaneo ágil con cepillos de bigotes de microsatélites
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Microsatélites
Determinación de actitud
Escaneo de cepillo de bigote
Filtro de Kalman
Control de actitud
Salida de par
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Los microsatélites han impactado significativamente las misiones espaciales al ofrecer tecnología avanzada a bajo costo. Este estudio presenta un algoritmo de determinación y control de actitud para maniobras de escaneo ágil con cepillo en microsatélites, con el fin de permitir la detección de objetivos en un amplio ancho de banda para microsatélites en órbita baja terrestre. Primero, se establece un modelo de cálculo de velocidad angular para el escaneo ágil con cepillo. Se ha desarrollado una metodología para calcular el tiempo máximo disponible para el escaneo con cepillo desde un lado del punto sub-satelital hasta el otro, asegurando la unión continua de franjas adyacentes para evitar perder objetivos. Posteriormente, se propone un filtro de Kalman de cubatura basado en giroscopios y magnetómetros para la estimación de actitud del microsatélite. Además, para el control de actitud, se diseña una ley de manipulación híbrida capaz de prevenir singularidades y escapar de superficies singulares, asegurando una salida de torque de alta precisión de los giroscopios de momento de control (CMGs) utilizados como actuadores. Se integran los beneficios del modo deslizante lineal y del modo deslizante terminal rápido, y se diseña una superficie deslizante no singular, lo que da lugar a un algoritmo de control de actitud de modo deslizante terminal rápido no singular para seguir la trayectoria deseada. Este algoritmo suprime eficazmente el parpadeo y mejora el rendimiento dinámico sin utilizar un término de conmutación. También se lleva a cabo un sistema de experimento de simulación semi-física en el suelo para validar la alta precisión de seguimiento del algoritmo propuesto en la ruta de escaneo con cepillo planificada. Los resultados experimentales demuestran una precisión de control del ángulo de actitud de 4 x 10 grados y una precisión de control de velocidad angular de 0.01 grados/s, y por lo tanto, la efectividad del algoritmo propuesto.
Descripción
Los microsatélites han impactado significativamente las misiones espaciales al ofrecer tecnología avanzada a bajo costo. Este estudio presenta un algoritmo de determinación y control de actitud para maniobras de escaneo ágil con cepillo en microsatélites, con el fin de permitir la detección de objetivos en un amplio ancho de banda para microsatélites en órbita baja terrestre. Primero, se establece un modelo de cálculo de velocidad angular para el escaneo ágil con cepillo. Se ha desarrollado una metodología para calcular el tiempo máximo disponible para el escaneo con cepillo desde un lado del punto sub-satelital hasta el otro, asegurando la unión continua de franjas adyacentes para evitar perder objetivos. Posteriormente, se propone un filtro de Kalman de cubatura basado en giroscopios y magnetómetros para la estimación de actitud del microsatélite. Además, para el control de actitud, se diseña una ley de manipulación híbrida capaz de prevenir singularidades y escapar de superficies singulares, asegurando una salida de torque de alta precisión de los giroscopios de momento de control (CMGs) utilizados como actuadores. Se integran los beneficios del modo deslizante lineal y del modo deslizante terminal rápido, y se diseña una superficie deslizante no singular, lo que da lugar a un algoritmo de control de actitud de modo deslizante terminal rápido no singular para seguir la trayectoria deseada. Este algoritmo suprime eficazmente el parpadeo y mejora el rendimiento dinámico sin utilizar un término de conmutación. También se lleva a cabo un sistema de experimento de simulación semi-física en el suelo para validar la alta precisión de seguimiento del algoritmo propuesto en la ruta de escaneo con cepillo planificada. Los resultados experimentales demuestran una precisión de control del ángulo de actitud de 4 x 10 grados y una precisión de control de velocidad angular de 0.01 grados/s, y por lo tanto, la efectividad del algoritmo propuesto.