The objective of this study is to develope a satellite dynamic simulator, which can test and analyze the performance of spacecraft attitude control, antenna pointing instruments, communication equipments and spacecraft components under the space environment. The satellite simulator can be used to predict the events such as malfunction and failure of satellites in space during operation and can be used to protect against emergencies. At first, the performance test system of attitude control is investigated which can simulate motion and verify stability of spacecraft. Our system consists of an attitude control main processor and a sub-processor including some real hardwares such as attitude sensors and actuators. In this paper, we describe the procedure of designing and manufacturing the dynamic simulator hardware, which consists of the central processor board, the sub-processor board and the sun sensor, and also communication between the components.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.1
no.2
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pp.105-114
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2000
An output feedback control (OFC) is presented for a linear stochastic system with known disturbance and applied to a flexible spacecraft for the reduction of residual vibration while allowing the natural deflection during operation. By converting the tracking problem into regulator problem, the OFC minimizes the expected value of a guadratic objective function composing of error stats which always remain on the intersection of sliding hypersurfaces. For the numerical evaluation with a flexible spacecraft, a large slewing maneuver strategy is devised with a tracking model for nominal trajectory and start-cost-stop strategy for economical maneuver in conjunction with the input shaping technique. The performance and efficacy of the proposed control scheme are illustrated with the comparison of different maneuver strategies.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.4
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pp.241-250
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2022
This paper addresses the Feasible Angular Momentum(FAM) chart that can be used as an indicator for maneuverability analysis of spacecraft installed with control moment gyros(CMGs). Recently, as the demands for high agility of spacecraft has been increasing in order to perform the space mission given to spacecraft more effectively, interest in CMGs, which is a high torque generator is increasing. However, since the CMG has a singularity problem that does not generate the control torque in the specific directions, in this paper, we consider the two pairs of parallel control moment gyros(TPCMGs) that follows the roof-type configuration. The Gimbal space was newly defined except for the space where singularity can be generated and the space where torque error is generated due to the hardware limits. The feasible angular momentum space is defined as a FAM chart, and it is very meaningful that it is possible to analyze the spacecraft's rotational maneuverability effectively by deriving the spacecraft's 3-axis parameters in the corresponding gimbal space mathematically.
Yadegari, Hamed;Khouane, Boulanouar;Yukai, Zhu;Chao, Han
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.5
no.4
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pp.459-475
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2018
In the field of aerospace engineering, accurate control of a spacecraft's orientation is often very important to mission success. Therefore, attitude control is a technically plentiful and extensively studied subject in controls literature during recent decades. This investigation of spacecraft attitude control is assumed to address two important aspects of the problem solutions. One sliding mode anti-disturbance control for utilization of faulty actuator components and another one disturbance observer based control to improve the pointing accuracy in the absence of anti-vibration equipment for the elastic appendages like a solar panel. Simultaneous occurrence of vibration due to flexible appendages and reaction degradation due to failure in attitude actuators complicates this case. The advantage of this method is acquisition proper control by the combination of disturbance observer and sliding mode compensation that form a fault tolerant control for the concerned satellite attitude control system. Furthermore, the proposed composite method indicates that occurrence the failure in actuators and even elastic solar panel vibration effect may be handled directly without reconfiguring the control components or providing piezoelectric devices. It's noteworthy, attitude quaternion and angular velocity commands are robustly tracked via controllers to become inclined to zero.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.19
no.3
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pp.505-514
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1994
Koreasat spacecraft requires accurate and reliable attitude control to provide beam pointing for tenyear long communication and direction broadcasting services. This paper describes the detailed design and performance of an on-orbit normal mode attitude control subsystem for the spacecraft. Koreasat used a momentum wheel which has nominal momentum 475in-1b sec(547.6cm-kg sec) aligned with the pitch axis to control pitch attitude and provide gyroscopic stiffness in roll/yaw plane and used a 300 atm magnetic torquer to control the roll and yaw attitudes. An Earth Sensor Assembly (ESA) is used to provide pitch and roll information for the on-board micropocessor. The roll/yaw control used bang-off-bang control and while pitch axis control used proportional and integral control law. Control system errors during the operational normal mode are 0.03 deg, 0.1 deg and 0.01 deg in roll, yaw and pitch axes, respectively. Current attitude control system provides adequate control performances to capture initial attitude errors and spacecraft nutation.
A spacecraft radiator is a thermal control method to eject internally dissipated heat into the space generated from operation of unit boxes. The efficiency of thermal design may be improved by optimizing radiator design. In this paper, the optimization approach method of node-based radiator design was suggested which is to combine numerical thermal analysis with optimization algorithm. This method has meaning that it can be used practically to implement the spacecraft radiator design regardless of thermal analysis and optimization algorithm software and maintain the same basic concept of an ordinary radiator design approach based on node division of a thermal model. The overall analysis framework with thermal analysis and optimization algorithm would be presented.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.2
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pp.184-194
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2016
In existing identification methods for on-orbit spacecraft, such as eigensystem realization algorithm (ERA) and subspace method identification (SMI), singular value decomposition (SVD) is used frequently to estimate the modal parameters. However, these identification methods are often used to process the linear time-invariant system, and there is a lower computation efficiency using the SVD when the system order of spacecraft is high. In this study, to improve the computational efficiency in identifying time-varying modal parameters of large spacecraft, a faster recursive algorithm called fast approximated power iteration (FAPI) is employed. This approach avoids the SVD and can be provided as an alternative spacecraft identification method, and the latest modal parameters obtained can be applied for updating the controller parameters timely (e.g. the self-adaptive control problem). In numerical simulations, two large flexible spacecraft models, the Engineering Test Satellite-VIII (ETS-VIII) and Soil Moisture Active/Passive (SMAP) satellite, are established. The identification results show that this recursive algorithm can obtain the time-varying modal parameters, and the computation time is reduced significantly.
The problem of spacecraft attitude control is solved using an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). An ANFIS produces a control signal for one of the three axes of a spacecraft's body frame, so in total three ANFISs are constructed for 3-axis attitude control. The fuzzy inference system of the ANFIS is initialized using a subtractive clustering method. The ANFIS is trained by a hybrid learning algorithm using the data obtained from attitude control simulations using state-dependent Riccati equation controller. The training data set for each axis is composed of state errors for 3 axes (roll, pitch, and yaw) and a control signal for one of the 3 axes. The stability region of the ANFIS controller is estimated numerically based on Lyapunov stability theory using a numerical method to calculate Jacobian matrix. To measure the performance of the ANFIS controller, root mean square error and correlation factor are used as performance indicators. The performance is tested on two ANFIS controllers trained in different conditions. The test results show that the performance indicators are proper in the sense that the ANFIS controller with the larger stability region provides better performance according to the performance indicators.
In this study, a Hardware-In-the-Loop (HIL) simulator using thrusters is developed to validate the spacecraft attitude system. To control the attitude of the simulator, eight cold gas thrusters are aligned with roll, pitch and yaw axis. Also linear actuators are applied to the HIL simulator for automatic mass balancing to compensate the center of mass offset from the center of rotation. The HIL simulator consists of an embedded computer (Onboard PC) for simulator system control, a wireless adapter for wireless network, a rate gyro sensor to measure 3-axis attitude of the simulator, an inclinometer to measure horizontal attitude, and a battery set to supply power for the simulator independently. For the performance test of the HIL simulator, a bang-bang controller and Pulse-Width Pulse-Frequency (PWPF) modulator are evaluated successfully. The maneuver of 68 deg. in yaw axis is tested for the comparison of the both controllers. The settling time of the bang -bang controller is faster than that of the PWPF modulator by six seconds in the experiment. The required fuel of the PWPF modulator is used as much as 51% of bang-bang controller in the experiment. Overall, the HIL simulator is appropriately developed to validate the control algorithms using thrusters.
There are many possible disturbance sources on such a spacecraft, but reaction wheel assembly (RWA) which is generally used for spacecraft attitude control is anticipated to be the largest. These effects on degradation of performance of spacecraft such as attitude stability. In reaction wheel, disturbance caused by imbalance and speed error. It is hard to emulate speed error disturbance because it is not coincide with wheel frequency. This paper concentrates on emulating and analyzing the speed error disturbance. Firstly, classify the causes that lead to speed error disturbance which generate RPM fluctuation. Secondly, simulated with disturbance driver module and reaction wheel assembly which are developed by Spacecraft Control Lab. Experimental investigations have been carried out to test the disturbance emulator module as a disturbance generator for RWA. Measurements and test have been conducted on various fault. Frequency analysis of test data show that speed error disturbance effects on wheel settling wheel speed or fluctuation type.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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