International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.67-75
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2007
An attitude control problem for a tethered spacecraft is studied. The tethered spacecraft is viewed as a multi-body spacecraft consisting of a base body, a massless tether that connects the base body and an end mass, and tether actuator dynamics. Moments about the pitch and roll axes of the base spacecraft arise by control of the point of attachment of the tether to the base spacecraft. The control objective is to stabilize the attitude of the base spacecraft while keeping the perturbations of the tether small. Analysis shows that linear equations of motion for the tethered spacecraft are not completely controllable. We study two different control design approaches: (1) we decouple the attitude dynamics from the tether dynamics and we design a linear feedback to achieve stabilization of the attitude dynamics, and (2) we decouple the controllable modes from the uncontrollable mode using Kalman decomposition and we design a linear feedback to achieve stabilization of the controllable modes. Simulation results show that, although it is difficult to control the tether, the tether motion can be maintained within an acceptable range while stabilizing the attitude dynamics of the base spacecraft.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.3
no.4
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pp.257-261
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2001
Nonlinear pulse width modulation (PWM) controlled system is considered to achieve control performance of thruster controlled spacecraft. The actual PWM controlled motions occur, very closely, around the average model trajectory. Furthermore nonlinear PWM controller design can be directly applied to thruster controlled spacecraft to determine thruster on-time. Sliding mode control for attitude tracking of three-axis thruster-controlled spacecraft is presented. Simulation results are shown which use modified Rodrigues parameters and sliding mode control law to achieve attitude tracking of a three-axis spacecraft with thrusters.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.2
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pp.183-192
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2013
This paper presents formation reconfiguration using impulsive control input for spacecraft formation flying. Spacecraft in a formation should change the formation size and/or geometry according to the mission requirements and space environment. To modify the formation radius and geometry with respect to the leader spacecraft, the follower spacecraft generates additional control inputs; the two impulsive control inputs are general control type of the spacecraft system. For the impulsive control input, Lambert's problem is modified to construct the transfer orbit in relative motion, given two position vectors at the initial and final time. Moreover, the numerical simulation results show the transfer trajectories to resize the formation radius in the radial/along-track plane formation and in the along-track/cross-track plane formation. In addition, the maneuver characteristics are described by comparing the differential orbital elements between the reference orbit and transfer orbit in the radial/along-track plane formation and along-track/cross-track plane formation.
Nonlinear robust attitude controller for 3-axis stabilized spacecraft is designed. Robust stability analysis for nonlinear spacecraft system with disturbance is conducted. External disturbances and parametric uncertainties decrease Spacecraft's attitude pointing accuracy. Sliding Mode Control(SMC) provides stability of system in the face of these disturbances and uncertainties. The concept of quadratic boundedness and quadratic stability are applied to the robust analysis for the nonlinear spacecraft system subject to bounded disturbance torques. Numerical simulation is conducted to compare the analysis result and actual nonlinear simulation. The simulation show that analysis result is valid.
Nonlinear pulse width modulation(PWM) controlled system is considered to achieve control performance of thruster-controlled spacecraft. The actual PWM controlled motions occurs, very closely, around the average model rajectory. Furthermore nonlinear PWM controller design can be directly applied to thruster controlled spacecraft to determine thruster on-time. Sliding mode control for attitude tracking of three-axis thruster-controlled spacecraft is presented. Simulation results are shown which use modified Rodrigues parameters and sliding mode control law to achieve attitude tracking of a three-axis spacecraft with thrusters.
The ground-based spacecraft simulator is a useful tool to realize various space missions and satellite formation flying in the future. Also, the spacecraft simulator can be used to develop and verify new control laws required by modern spacecraft applications. In this research, therefore, Hardware-in-the-loop (HIL) simulator which can be demonstrated the experimental validation of the theoretical results is designed and developed. The main components of the HIL simulator which we focused on are the thruster system to attitude control and automatic mass-balancing for elimination of gravity torques. To control the attitude of the spacecraft simulator, 8 thrusters which using the cold gas (N2) are aligned with roll, pitch and yaw axis. Also Linear actuators are applied to the HIL simulator for automatic mass balancing system to compensate for the center of mass offset from the center of rotation. Addition to the thruster control system and Linear actuators, the HIL simulator for spacecraft attitude control includes an embedded computer (Onboard PC) for simulator system control, Host PC for simulator health monitoring, command and post analysis, wireless adapter for wireless network, rate gyro sensor to measure 3-axis attitude of the simulator, inclinometer to measure horizontality and battery sets to independently supply power only for the simulator. Finally, we present some experimental results from the application of the controller on the spacecraft simulator.
In this paper, attitude control laws are proposed for an underactuated spacecraft. The stabilization problem of the complete system including the kinematics as well as the dynamics of the spacecraft is addressed. The quaternion parameterization is used. The key idea is that the angular velocity of a uncontrolled axis is first regulated and then, the other states are regulated. Based on numerical simulations, it is conjectured that the closed-loop nonlinear system of a spacecraft with the proposed control laws is globally asymptotically stable. The control law for the stabilization problem around the origin as well as the command following problem are proposed. The numerical examples indicate that the stabilization of an underactuated asymmetric spacecraft can be achieved successfully.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.2
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pp.13-23
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2002
In this paper, we present a sliding mode control strategy for the re-orientation maneuver of rigid spacecraft containing rotating wheels. The wheels are considered as internal devices, and external inputs are employed for generation of control commands. The formulation is developed for a general case while particular example is applied to pitch bias momentum spacecraft with a single momentum wheel. The resultant control commands are used to take the gyroscopic effects into account which are caused by the rotating wheels. The controller designed demonstrates that the nutational motion of the pitch bias momentum spacecraft is effectively controlled. It is also assumed that the external control torque device is of on-off nature, and pulse width modulation technique is applied to construct proper control torque history.
In the paper, a robust control mechanism is presented to maneuver a flexible spacecraft with the deflection reduction during large slewing operation at the same time. For deflection reduction and maneuvering of the flexible spacecraft, a control mechanism is developed with the application of stochastic optimal sliding-mode control, a linear tracking model and input shaping technique. A start-coast-stop maneuver is employed as a slewing strategy. It is shown that the control mechanism with he strategic maneuver results in better performance and is more efficient than rigid-body-like maneuver, by applying to the Spacecraft Control Laboratory Experiment (SCOLE) system in a space environment.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.2
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pp.1-12
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2002
This paper considers the robust and optimal three-axis attitude stabilization of rigid spacecraft with inertia uncertainties. The attitude motion of rigid spacecraft described in terms of either the Cayley-Rodrigues parameters or the Modified Rodrigues parameters is considered. A class of robust nonlinear control laws with relaxed feedback gain structures is proposed for attitude stabilization of rigid spacecraft with inertia uncertainties. Global asymptotic stability of the proposed control laws is shown by using the LaSalle Invariance Principle. The optimality properties of the proposed control laws are also investigated by using the Hamilton-Jacobi theory. A numerical example is given to illustrate the theoretical results presented in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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