Космические исследования, 2020, T. 58, № 3, стр. 199-207

Управление спутником при помощи магнитных моментов: управляемость и алгоритмы стабилизации

В. М. Морозов 1*, В. И. Каленова 1

1 Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова
г. Москва, Россия

* E-mail: moroz@imec.msu.ru

Поступила в редакцию 13.03.2019
После доработки 25.04.2019
Принята к публикации 30.05.2019

Аннотация

Рассматривается стабилизация относительного равновесия спутника на круговой орбите, снабженного магнитной системой ориентации. Показано, что линеаризованная система уравнений движения относится к специальному классу линейных нестационарных систем, приводимых к стационарным. На основе приведенной стационарной системы исследована управляемость и построены работоспособные алгоритмы стабилизации. Проведено моделирование, подтверждающее эффективность предложенной методики.

DOI: 10.31857/S0023420620030048

Список литературы

  1. Pittelkau M.E. Optimal Periodic Control for Spacecraft Pointing and Attitude Determination // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1993. V. 16. № 6. P. 1078–1084.

  2. Arduini C., Baiocco P. Active Magnetic Damping Attitude Control for Gravity Gradient Stabilized Spacecraft // J. Guidance, Control, and Dynamics. V. 20. № 1. 1997. P. 117–122.

  3. Psiaki M. Magnetic Torque Attitude Control via Asymptotic Periodic Linear Quadratic Regulation // J. Guidance, Control, and Dynamics. 2001. V. 24. № 2. P. 386–304.

  4. Lovera M., De Marchi E., Bittanti S. Periodic Attitude Control Techniques for Small Satellites With Magnetic Actuators // IEEE Trans. On Control Systems Technology2002. V. 10. № 1. P. 90–95.

  5. Lovera M., Astolfi A. Spacecraft Attitude Control Using Magnetic Actuators // Automatica. 2004. V. 40. P. 1405–1414.

  6. Lovera M., Astolfi A. Global Magnetic Attitude Control of Spacecraft in the Presence of Gravity Gradient // IEEE Trans. On Aerospace and Electronic Sysyems. 2006. V. 12. P. 796–805.

  7. Rehanoglu M., Hervas J.R. Three-axis Magnetic Attitude Control Algorithm for Small Satellites // In Proc. of the 5th Int. Conf. on Recent Advance Technologies. Istanbul. 2011. P. 897–902.

  8. Rodriquez-Vazquez A.L., Martin-Prats M.A., Bernelli-Zazzera F. Spacecraft Magnetic Attitude Control Using Approximating Sequence Riccati Equations // IEEE Trans. Aerospace and Elerctronic Systems. 2015. V. 51 № 4. P. 3374–3385.

  9. Ovchinnikov M.Yu., Roldugin D.S., Ivanov D.S., Penkov V.I. Choosing Control Parameters for Three Axis Magnetic Stabilization in Orbital Frame // Acta Astronau-tica. 2015. V. 116. P. 74–77.

  10. Овчинников М.Ю., Пеньков В.И., Ролдугин Д.С., Иванов Д.С. Магнитные системы ориентации малых спутников. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2016. doi:10.20948/mono-2016-ovchinnikov

  11. Ivanov D.S., Ovchinnikov M.Yu., Penkov V.I. et al. Advanced Numerical Study of the Three-axis Magnetic Attitude Control and Determination with Uncertainties // Acta Astronautica. 2017. V. 132. P. 103–110.

  12. Zhou K., Huang H., Wang X., Sun L. Magnetic Attitude Control for Earth-Pointing Satellites in the Presence of Gravity Gradient. 2016. https://doi.org/10.1016/j.ast.2016.11.003

  13. Sutherland R., Kolmanovsky I.K., Girard A.R. Attitude Controlof a 2U Cubesat by Magnetic and Air Drag Torques // IEEE. Trans. Control Systems Technology. 2017. arXiv:1707.04959

  14. Ovchinnikov M.Yu., Penkov V.I. et al. Geomagnetic field models for satellite angular motion studies // Acta Astrona-utica. 2018. V. 144. P. 171–180.

  15. Dipak G., Bijoy M., Bidul T.N., Manoranjan S. Three-axis Global Magnetic Attitude Control of Earth-Pointing Satellites in Circular Orbit // Asian J. Control. 2017. V. 19. № 6. P. 2028–2041.https://doi.org/10.1002/asjc.1506

  16. Yang H. Spacecraft Attitude and Reaction Wheel Desaturation Combined Control Method // IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems. 2017. V. 53. № 1. P. 286–295.

  17. Kim J., Jung Y., Bang H. Linear Time-Varying Model Predictive Control of Magnetically Actuated Satellites in Elliptic Orbits // Acta Astronautica. 2018. V. 151. P. 791–804.

  18. Yang Y. Spacecraft modeling, attitude determination, and control: quaternion-based approach. Taylor & Francis Group, 2019.

  19. Silani E., Lovera M. Magnetic Spacecraft Attitude Control: a Survey and Some New Results // Control engineering practice. 2005. V. 13. P. 357–371.

  20. Sofyalı A., Jafarov E.M., Wisniewski R. Robust and Global Attitude Stabilization of Magnetically Actuated Spacecraft Through Sliding Mode // Aerosp. Sci.Technol. 2018. https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.01.022

  21. Bhat S.P. Controllability of Nonlinear Time-Varying Systems: Application to Spacecraft Attitude Control Using Magnetic Actuation // IEEE Trans. on Automatic Control. 2005. V. 50. № 11. P. 1725–1735.

  22. Yang Y. Controllability of Spacecraft Using Only Magnetic Torques // IEEE Trans. On Aerospace and Electronic System. 2016. V. 52. № 2. P. 955–962.

  23. Белецкий В.В. Движение искусственного спутника относительно центра масс М.: Наука, 1965.

  24. Wertz J. Spacecraft attitude determination and control. Dordrecht, The Netherlands: D. Reidel Publishing Company, 1978.

  25. Каленова В.И., Морозов В.М. Линейные нестационарные системы и их приложения к задачам механики. М.: Физматлит, 2010.

  26. Каленова В.И., Морозов В.М. Приводимость линейных нестационарных систем второго порядка с управлением и наблюдением // ПММ. Т. 76. 2012. Вып. 4. С. 576–588.

  27. Каленова В.И., Морозов В.М. Об управлении линейными нестационарными системами специального вида // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. № 3. С. 6–15.

  28. Беллман Р. Введение в теорию матриц. М.: Наука. 1969.

  29. Laub A.J., Arnold W.F. Controllability and Observability Criteria for Multivariable Linear Second Order Models // IEEE Trans. Automat. Control. 1984. V. AC-29. № 2. P. 163–165.

  30. Красовский Н.Н. Теория управления движением. Линейные системы. М.: Наука, 1968.

  31. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 1978.

Дополнительные материалы отсутствуют.