دوره 14، شماره 4 - ( مجله کنترل، جلد 14، شماره 4، زمستان 1399 )
جلد 14 شماره 4,1399 صفحات 41-25 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Sabzevari S, Vali A R, Arvan M R, Dehghan S M, Ferdowsi M H. Comparison Performance of Stochastic Estimators and Symmetry-Preserving Observer to Determine Nanosatellite Attitude with a Single-Sensor Magnetometer. JoC 2021; 14 (4) :25-41
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-662-fa.html
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-662-fa.html
سبزواری ساناز، ولی احمدرضا، عاروان محمدرضا، دهقان سیدمحمدمهدی، فردوسی محمدحسین. مقایسه عملکرد تخمین‌گرهای تصادفی با رؤیت‌گر حفظ تقارن برای تعیین وضیعت نانوماهواره با تک حسگر مغناطیس‌سنج. مجله کنترل. 1399; 14 (4) :25-41
ساناز سبزواری1 
، احمدرضا ولی*1 ، محمدرضا عاروان1 ، سیدمحمدمهدی دهقان1 ، محمدحسین فردوسی1
، احمدرضا ولی*1 ، محمدرضا عاروان1 ، سیدمحمدمهدی دهقان1 ، محمدحسین فردوسی1
1- گروه کنترل،دانشکده مهندسی برق، مجتمع دانشگاهی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده: (7850 مشاهده)
طراحی تخمین‌گر وضعیت نانوماهواره‌ها با تک حسگر مغناطیس‌سنج، به دلیل محدودیت در وزن و حجم، محدود بودن طول عمر ژیروسکوپ‌های مکانیکی در بلند مدت و پدیده کسوف، امری ضروری است. رویکرد این مقاله برای جبران این کمبود داده، فیلتر دو مرحله‌ای است. بدین صورت که وضعیت در فیلتر مرحله‌ی دوم با استفاده از داده‌ی حسگر و مشتق میدان مغناطیسی ناشی از تخمین فیلتر مرحله‌ی اول با فیلتر کالمن توسعه‌یافته، تعیین می‌گردد. به منظور دسترسی به دقت مناسب برای تعیین وضعیت نانوماهواره با تک حسگر سه محوره، دو الگوریتم تصادفی فیلتر کالمن توسعه‌یافته ضربی و تخمین‌گر جذر مربعی چهارگان بی‌رد با رؤیت‌گر غیرخطی حفظ تقارن پیشنهادی مقایسه شده است. رؤیت‌گر ارائه شده، بر مبنای رؤیت‌گرهای غیرمتغیر تحت عملکرد گروه لی است. برای این منظور در روند طراحی از رویکرد چارچوب متحرک استفاده شده است تا با استفاده از معادلات دینامیک خطای غیرمتغیر بتوان پارامترهای رؤیت‌گر را تنظیم کرد. نتایج شبیه‌سازی در هر دو حوزه زمان و پاسخ فرکانسی، دقت قابل قبول را در هرسه الگوریتم تأیید می‌کند. اما درصورتی که خطای تخمین اولیه‌ی وضعیت بزرگتر شود، خطای میانگین جذر مربعی رؤیت‌گر غیرخطی، بسیار کمتر از دو الگوریتم تصادفی است. همچنین در این روش به دلیل تنظیم پارامترها با معادلات ریکاتی دیفرانسیلی متناوب، از طریق پایداری لیاپانوف همگرائی را نیز تضمین می‌کند.
واژه‌های کلیدی: تعیین وضعیت نانوماهواره، تک حسگر مغناطیس‌سنج، تخمین‌گرهای چهارگان تصادفی، رؤیت‌گر غیرخطی حفظ تقارن.
نوع مطالعه: كاربردي |
موضوع مقاله:
تخصصي
دریافت: 1398/1/29 | پذیرش: 1398/10/22 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1399/7/14 | انتشار: 1399/12/1
دریافت: 1398/1/29 | پذیرش: 1398/10/22 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1399/7/14 | انتشار: 1399/12/1
فهرست منابع
1. [ ] Cilden-Guler, Demet, et al., "Nanosatellite Attitude Estimation using Kalman-Type Filters with Non-Gaussian Noise", Elsevier, Aerospace Science and Technology, Vol. 92, 2019, pp.66-76. [DOI:10.1016/j.ast.2019.05.055]
2. [ ] Burton, R., Rock, S., Springmann, J. and Cutler, J., "Online attitude determination of a passively magnetically stabilized spacecraft", Elsevier, Acta Astronautica, Vol. 133, 2017, pp.269-281. [DOI:10.1016/j.actaastro.2017.01.024]
3. [ ] Firoozi, D. and Namvar, M., "Analysis of gyro noise in non-linear attitude estimation using a single vector measurement", IET Control Theory & Applications, Vol. 6, No. 14, 2012, pp.2226-2234. [DOI:10.1049/iet-cta.2011.0347]
4. [ ] Hajiyev, C. and Guler, D.C., "Review on gyroless attitude determination methods for small satellites", Progress in Aerospace Sciences, 90, 2017, pp.54-66. [DOI:10.1016/j.paerosci.2017.03.003]
5. [ ] Psiaki, M.L., Martel, F. and Pal, P.K., "Three-axis attitude determination via Kalman filtering of magnetometer data", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 13, No. 3, 1990, pp.506-514. [DOI:10.2514/3.25364]
6. [ ] Natanson, M., Challa, J., Deutchmann, D. and Baker, F., "Magnetometer-Only Attitude and Rate Estimation for Gyroless Spacecraft", In Proceedings of the Third International Symposium on Space Mission Operations and Ground Data Systems, 1994.
7. [ ] Searcy, J.D. and Pernicka, H.J., "Magnetometer-only attitude determination using novel two-step Kalman filter approach", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 35, No. 6, 2012, pp.1693-1701. [DOI:10.2514/1.57344]
8. [ ] Searcy, J.D., "Observability-enhanced dual-filter design for attitude estimation with minimum observations", Ph.D. thesis, Missouri University of Science and Technology, 2013.
9. [ ] Springmann, J.C., "Satellite Attitude Determination with Low-Cost Sensors", Ph.D. thesis, University of Michigan, 2013.
10. [ ] Tuthill, J.D., "Design and simulation of a nano-satellite attitude determination system", Doctoral dissertation, Monterey, California. Naval Postgraduate School, 2009.
11. [ ] Chingiz Hajiyev, Demet Cilden-Guler, "Gyroless Nanosatellite Attitude Estimation in Loss of Sun Sensor Measurements", Elsevier, IFAC Papers OnLine, Vol. 51, 2018, pp.89-94. [DOI:10.1016/j.ifacol.2018.11.254]
12. [ ] خسرویان همایی، علیرضا، طراحی رؤیت‌کننده و کنترل‌کننده‌ی غیرخطی برای تخمین و کنترل وضعیت ماهواره، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، ایران، شهریور 89.
13. [ ] Bonnabel, S., Martin, P. and Rouchon, P., "Symmetry-preserving observers", IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 53, No. 11, 2008, pp.2514-2526. [DOI:10.1109/TAC.2008.2006929]
14. [ ] Sidi, M.J., Spacecraft dynamics and control: a practical engineering approach, Vol. 7, Cambridge university press, 2000.
15. [ ] کیانی، مریم، تخمین تلفیقی پارامترهای مداری و وضعی ماهواره با استفاده از فیلترهای غیرخطی هیبرید، رساله دکتری، دانشگاه صنعتی شریف، ایران، دی 93.
16. [ ] Anguelova, M., Observability and identifiability of nonlinear systems with applications in biology. Gothenburg, Sweden: Chalmers University of Technology, 2007.
17. [ ] ازگلی، سجاد و عاروان، محمدرضا، مدل‌سازی و شبیه‌سازی سامانه‌های متحرک، انتشارات یامهدی، ۱۳۸۹.
18. [ ] Carletta, S. and Teofilatto, P., "Design and Numerical Validation of an Algorithm for the Detumbling and Angular Rate Determination of a CubeSat Using Only Three-Axis Magnetometer Data", International Journal of Aerospace Engineering, 2018. [DOI:10.1155/2018/9768475]
19. [ ] Simon, D., Optimal state estimation: Kalman, H infinity, and nonlinear approaches. John Wiley & Sons, 2006. [DOI:10.1002/0470045345]
20. [ ] Olver, P.J., Equivalence, invariants and symmetry, Cambridge University Press, 1995. [DOI:10.1017/CBO9780511609565]
21. [ ] Khalil, H.K. and Grizzle, J.W., Nonlinear systems, Vol. 3. Upper Saddle River, NJ: Prentice hall, 2002.
22. [ ] Vidyasagar M., Nonlinear systems analysis, Vol. 42. Siam, 2002. [DOI:10.1137/1.9780898719185]
23. [ ] Sarkka, S., "On unscented Kalman filtering for state estimation of continuous-time nonlinear systems", IEEE Transactions on automatic control, Vol. 52, No. 9, 2007, pp.1631-1641. [DOI:10.1109/TAC.2007.904453]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
