اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 38 |
| تعداد شماره‌ها | 1,240 |
| تعداد مقالات | 8,994 |
| تعداد مشاهده مقاله | 7,844,794 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,706,389 |
طراحی و پیاده‌سازی عملی جبران‌ساز خرابی عملگر تطبیقی برای شبیه‌ساز کنترل وضعیت ماهواره | ||
| مکانیک هوافضا | ||
| مقاله 2، دوره 20، شماره 1 - شماره پیاپی 75، فروردین 1403، صفحه 27-43 اصل مقاله (3.88 M) | ||
| نوع مقاله: گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل | ||
| نویسندگان | ||
| سمیه جمشیدی1؛ مهدی میرزایی* 2؛ مریم ملک زاده3؛ صدرا رفعت نیا4 | ||
| 1دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران | ||
| 2نویسنده مسئول: استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران | ||
| 3دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران | ||
| 4استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 30 خرداد 1402، تاریخ بازنگری: 23 تیر 1402، تاریخ پذیرش: 07 شهریور 1402 | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله به طراحی و پیاده‌سازی عملی یک جبران‌ساز تطبیقی برای شبیه‌ساز کنترل وضعیت ماهواره در حضور خرابی‌های عملگر و عدم‌قطعیت‌های مدل پرداخته می‌شود. یک روش تطبیقی مبتنی بر گام به عقب برای جبران خرابی‌های عملگر که زمان رخ‌دادن، الگو و مقادیرشان نامعلوم است، پیشنهادشده است. روش کنترل گام به عقب تطبیقی با ترکیب ماتریس اینرسی و ماتریس توزیع به جبران عدم‌قطعیت‌های خرابی عملگر می‌پردازد. آنالیز پایداری کنترل‌کننده تطبیقی پیشنهادی برای دینامیک شبیه‌ساز ماهواره با خرابی‌های عملگر انجام‌گرفته است. کنترل‌کننده پیشنهادی بر روی شبیه‌ساز کنترل وضعیت ماهواره با چرخ عکس‌العملی افزونه پیاده‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی و مطالعات آزمایشگاهی برای بررسی عملکرد کنترل‌کننده در حضور سه نوع خرابی قفل‌شونده، سینوسی، و کامل در سیستم شبیه‌ساز کنترل وضعیت ماهواره ارائه‌شده است. نتایج خروجی نشان‌دهنده تطبیق مناسب نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی در بهبود عملکرد سیستم تحت کنترل‌کننده پیشنهادی برای جبران‌سازی خرابی عملگر در حضور عدم‌قطعیت‌های مدل در سیستم است. | ||
تازه های تحقیق | ||
| ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| کنترل گام به عقب تطبیقی؛ خرابی عملگر؛ وضعیت ماهواره؛ شبیه ساز کنترل؛ افزونگی عملگر؛ سخت افزار در حلقه | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Design and Experimental Implementation of Adaptive Actuator Failure Compensator for Spacecraft Attitude Control Simulator | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Somayeh Jamshidi1؛ Mehdi Mirzaei2؛ Maryam Malekzadeh3؛ Sadra Rafatnia4 | ||
| 1Ph.D. Candidate, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran | ||
| 2Corresponding author: Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran | ||
| 3Associate Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Univercity of Isfahan, Isfahan, Iran | ||
| 4Assistant Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| This study deals with the design and experimental implementation of an adaptive actuator failure compensator for a spacecraft attitude control simulator in the presence of unknown actuator failures and uncertainties. The adaptive actuator failure compensation controller is designed using the backstepping method, which considers uncertainties in the time of occurrence, values, and failure patterns. The adaptive backstepping control method is designed to compensate for the uncertainties of the actuator failure by incorporating the inertia matrix and the distribution matrix. The stability analysis of the proposed adaptive controller for the dynamics of the spacecraft simulator with actuator failures has been carried out. Simulation results and laboratory studies are presented to show the effectiveness of the proposed controller in the presence of stuck, sinusoidal, and complete failures in the spacecraft attitude control simulator system. The results indicate the good performance of the proposed method in the presence of unknown actuator failures and model uncertainties in the system. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Adaptive backstepping control, Actuator failure, Spacecraft attitude, Control simulator, Actuator redundancy, Hardware in loop | ||
| مراجع | ||
|
[1] Zhang X-y, Zong Q, Tian B-l, Shao S-k, Liu W-j. Finite-time fault estimation and fault-tolerant control for rigid spacecraft. Journal of Aerospace Engineering. 2018;31(6):04018091. DOI :10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000915. [2] Nemati F, Hamami SMS, Zemouche A. A nonlinear observer-based approach to fault detection, isolation and estimation for satellite formation flight application. Automatica. 2019;107:474-82. DOI :10.1016/j.automatica.2019.06.007. [3] Sun G, Xu S, Li Z. Finite-time fuzzy sampled-data control for nonlinear flexible spacecraft with stochastic actuator failures. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2017;64(5):3851-61. DOI :10.1109/TIE.2017.2652366. [4] Cao T, Gong H, Han B. Observer-Based Predefined-Time Attitude Control for Spacecraft Subject to Loss of Actuator Effectiveness. Processes. 2022;10(11):2294. DOI :10.3390/pr10112294. [5] Wang K, Meng T, Wang W, Song R, Jin Z. Finite-time extended state observer based prescribed performance fault tolerance control for spacecraft proximity operations. Advances in Space Research. 2022;70(5):1270-84. DOI :10.1016/j.asr.2022.05.072. [6] Benosman M, Lum K-Y. Passive actuators' fault-tolerant control for affine nonlinear systems. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2009;18(1):152-63. DOI :10.1109/TCST.2008.2009641. [7] Liao F, Wang JL, Yang G-H. Reliable robust flight tracking control: an LMI approach. IEEE transactions on control systems technology. 2002;10(1):76-89. DOI :10.1109/87.974340. [8] Niemann H, Stoustrup J. Passive fault tolerant control of a double inverted pendulum—a case study. Control engineering practice. 2005;13(8):1047-59. DOI :10.1016/j.conengprac.2004.11.002. [9] Bonivento C, Isidori A, Marconi L, Paoli A. Implicit fault-tolerant control: application to induction motors. Automatica. 2004;40(3):355-71. DOI :10.1016/j.automatica.2003.10.003. [10] Bai Y, Biggs JD, Wang X, Cui N. Attitude tracking with an adaptive sliding mode response to reaction wheel failure. European Journal of Control. 2018;42:67-76. DOI :10.1016/j.ejcon.2018.02.008. [11] Wang Z, Li Q, Li S. Adaptive integral-type terminal sliding mode fault tolerant control for spacecraft attitude tracking. IEEE Access. 2019;7:35195-207. DOI :10.1109/ACCESS.2019.2901966. [12] Zhou N, Kawano Y, Cao M. Neural network-based adaptive control for spacecraft under actuator failures and input saturations. IEEE transactions on neural networks and learning systems. 2019;31(9):3696-710. DOI :10.1109/TNNLS.2019.2945920. [13] Tan C, Yao X, Tao G, Qi R. A multiple-model based adaptive actuator failure compensation scheme for control of near-space vehicles. IFAC Proceedings Volumes. 2012;45(20):594-9. DOI :10.3182/20120829-3-MX-2028.00241. [14] Jiang Y, Hu Q, Ma G. Adaptive backstepping fault-tolerant control for flexible spacecraft with unknown bounded disturbances and actuator failures. ISA transactions. 2010;49(1):57-69. DOI :10.1016/j.isatra.2009.08.003. [15] Hu Q, Xiao B. Fault-tolerant sliding mode attitude control for flexible spacecraft under loss of actuator effectiveness. Nonlinear Dynamics. 2011;64:13-23. DOI :10.1007/s11071-010-9842-z. [16] Ma Y, Jiang B, Tao G, Cheng Y. Actuator failure compensation and attitude control for rigid satellite by adaptive control using quaternion feedback. Journal of the Franklin Institute. 2014;351(1):296-314. DOI :10.1016/j.jfranklin.2013.08.028. [17] Huo B, Xia Y, Yin L, Fu M. Fuzzy adaptive fault-tolerant output feedback attitude-tracking control of rigid spacecraft. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. 2016;47(8):1898-908. DOI :10.1109/TSMC.2016.2564918. [18] Yao X, Tao G, Qi R. Adaptive actuator failure compensation and disturbance rejection scheme for spacecraft. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2014;25(4):648-59. DOI :10.1109/JSEE.2014.00075. [19] Ma Y, Jiang B, Tao G, Yang H. Adaptive direct compensation control scheme for spacecraft with multiple actuator faults. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2019;42(4):923-30. DOI :10.2514/1.G003661. [20] Yao X, Tao G, Ma Y, Qi R. Adaptive actuator failure compensation design for spacecraft attitude control. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2016;52(3):1021-34. DOI :10.1109/TAES.2016.130802. [21] Xu Y, Hu Q, Shao X. Composite adaptive attitude control for combined spacecraft with inertia uncertainties. Aerospace Science and Technology. 2022;131:107984. DOI :10.1016/j.ast.2022.107984. [22] Jamshidi S, Mirzaei M, Malekzadeh M. Applied nonlinear control of spacecraft simulator with constraints on torque and momentum of reaction wheels. ISA transactions. 2023. DOI :10.1016/j.isatra.2023.03.027. [23] Khodaverdian M, Malekzadeh M. Attitude stabilization of spacecraft simulator based on modified constrained feedback linearization model predictive control. IET Control Theory & Applications. 2023;17(8):953-67. DOI :10.1049/cth2.12429. [24] Jamshidi S, Mirzaei M, Malekzadeh M. Applied Optimal Control of Spacecraft Simulator Subject to Failures of Reaction Wheels. Arabian Journal for Science and Engineering. 2023:1-16. [25] Malekzadeh M, Sadeghian H. Attitude control of spacecraft simulator without angular velocity measurement. Control Engineering Practice. 2019;84:72-81. DOI :10.1016/j.conengprac.2018.11.011. [26] Malekzadeh M, Rezayati M, Saboohi M. Hardware-in-the-loop attitude control via a high-order sliding mode controller/observer. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2018;232(10):1944-60. DOI :10.1177/0954410017706992. [27] Li Z, Chen X. Adaptive actuator fault compensation and disturbance rejection scheme for spacecraft. International Journal of Control, Automation and Systems. 2021;19:900-9. DOI :10.1007/s12555-019-0621-4.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 283 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 289 |
||