view in publisher's site

Model predictive steering control law for double gimbal scissored-pair control moment gyros

Highlights•Double-gimbal scissored-pair control-moment gyros (DGSPCMG) is considered.•Model-predictive control (MPC) based steering laws are designed for this system.•Fast maneuver, minimum control energy types, and hybrid of these two are considered.•Hybrid type achieved a short rise time of angular velocity and smooth stabilization.•As setting a long receding horizon length, the settling time was shortened.AbstractTo overcome the singularity problem of control moment gyros (CMGs) and simultaneously provide a lightweight, agile, and simple dynamical system, a CMG system called a double-gimbal scissored-pair control moment gyro (DGSPCMG) was recently proposed. The DGSPCMG is a hybrid mechanism that combines scissored-pair CMGs and a double-gimbal mechanism; further, the outer singularities in this system (saturation singularities) can be escaped by steering the scissored-pair gimbals. This system generates less perturbation torque and has almost no inner singularities except at the origin and the line along the outer gimbal axis. This paper proposes model predictive control (MPC) based steering laws for the mentioned CMG system. The proposed MPC based steering laws can directly provide the optimal gimbal rate under the nonlinear constraints in real time without using the inverse of the CMG Jacobian matrix, and hence, the singularities do not have to be considered when determining the gimbal steering rate of this system. Three objective functions are considered in the steering law design: fast maneuver-weighted type, minimum control energy type, and a hybrid of these two types. The control performances of these three MPC-based steering laws are compared via numerical simulations. Results demonstrate that the hybrid type can achieve both a short rise time of the angular velocity at the initial stage of control, and smooth stabilization to the target attitude; moreover, its settling time and control effort is between those of the other two types.

قانون کنترل پیش‌بین فرمان برای ژیروهای ممان کنترل دو حلقه‌ای

نکات برجسته * ژیروس های کنترل زوج با قیچی دو حلقه‌ای (DGSPCMG)در نظر گرفته می‌شود. * قوانین فرمان مبتنی بر مدل پیش‌بینی (MPC)برای این سیستم طراحی شده‌اند. * مانور سریع، حداقل انواع انرژی کنترلی، و ترکیبی از این دو در نظر گرفته می‌شوند. نوع هیبریدی به زمان صعود کوتاه سرعت زاویه‌ای و پایدارسازی روان دست یافت. برای غلبه بر مشکل منحصر به فرد ژیروهای گشتاور کنترل (CMG)و ارائه یک سیستم دینامیک سبک، چابک، و ساده، یک سیستم CMG به نام ژیرو گشتاور کنترل قیچی دو حلقه‌ای (DGSPCMG)اخیرا پیشنهاد شده‌است. DGSPCMG یک مکانیزم ترکیبی است که CMG های زوج - قیچی شده و یک مکانیزم دو حلقه‌ای را ترکیب می‌کند؛ علاوه بر این، تکینگی های خارجی در این سیستم (تکینگی اشباع)را می توان با هدایت حلقه‌های زوج - قیچی شده فرار کرد. این سیستم گشتاور آشفتگی کمتری تولید می‌کند و تقریبا هیچ تکینگی داخلی بجز در مبدا و خط در امتداد محور حلقه خارجی ندارد. این مقاله قوانین فرمان مبتنی بر کنترل پیش‌بینی مدل (MPC)را برای سیستم CMG ذکر شده پیشنهاد می‌کند. قوانین فرمان مبتنی بر MPC پیشنهادی مستقیما می‌توانند نرخ حلقه بهینه را تحت محدودیت‌های غیرخطی در زمان واقعی بدون استفاده از معکوس ماتریس CMG ژاکوبین فراهم کنند، و بنابراین، تکینگی ها هنگام تعیین نرخ فرمان حلقه‌ای این سیستم در نظر گرفته نمی‌شوند. سه تابع هدف در طراحی قانون فرمان در نظر گرفته می‌شوند: نوع سریع مانور وزن دار، نوع حداقل کنترل انرژی و ترکیبی از این دو نوع. عملکردهای کنترلی این سه قانون فرمان مبتنی بر MPC از طریق شبیه‌سازی‌های عددی مقایسه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهند که نوع هیبرید می‌تواند به هر دو زمان صعود کوتاه سرعت زاویه‌ای در مرحله اولیه کنترل و تثبیت روان به نگرش هدف دست یابد؛ علاوه بر این، زمان نشست و تلاش کنترل آن بین دو نوع دیگر است.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Aerospace Engineering
  • ترجمه مقاله Aerospace Engineering
  • مقاله مهندسی هوافضا
  • ترجمه مقاله مهندسی هوافضا
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.