intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Hệ mô phỏng bán vật lý xác định và điều khiển tư thế vệ tinh nhỏ

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

86
lượt xem
4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này giới thiệu về hệ mô phỏng bán vật lý xác định và điều khiển tư thế vệ tinh nhỏ. Hệ mô phỏng bán vật lý này được thiết kế và chế tạo với mục đích thực nghiệm quá trình xác định, điều khiển tư thế vệ tinh nhỏ trên mặt đất qua đó phân tích, đánh giá và cải tiến các thành phần của hệ thống. Các loại cảm biến (cảm biến mặt trời, cảm biến từ trường,...) được dùng để xác định các thông số tư thế của vệ tinh.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hệ mô phỏng bán vật lý xác định và điều khiển tư thế vệ tinh nhỏ

Hoi nghi Khoa hoc ky- niem 35 ndm I'ien Khoa hoc vd Cong nghi Viet Nam - Hd Ngi 10 2010<br /> <br /> <br /> <br /> HE MO PHONG BAN VAT LY XAC DINH VA DIEU K H I E N TlT THE<br /> VE TINH NHO<br /> <br /> Nguvin Khoa So-n. Nguyen Due Cuong*, Pham Anh TuSn, Vo Due My, Nguyen Thanh<br /> Tuan, Bui Nam Duo-ng, Le Xuan Huy, Nguyen Huy Thuy<br /> Vien Cong nghe Vii tru; * Vien Khoa hoc va Cong nghe Quan su<br /> Email: nkson@.vast.ac.vn<br /> Tom t^t:<br /> Hi thdng xdc dinh vd diiu khiin tu thi vi tinh, (ADCS) Id mdt hi thdng con<br /> trong vi tinh, cd nhiem vu gid cho vi tinh cdn bdng vd diiu khiin ve tinh theo mdt<br /> huang mong muon. Bdi bdo ndy gidi thieu vi hi md phdng bdn vdt ly xdc dinh vd<br /> dieu khien tu thi ve tinh nhd. Hi md phdng bdn vdt ly ndy duac thiit ki vd chi tao<br /> vdi muc dich thuc nghiem qud trinh xdc dinh, diiu khiin tu thi vi tinh nhd trin<br /> mat ddt quadd phdn tich, ddnh gid vd edi tiin cdc thdnh phdn ciia he thdng. Cdc .<br /> loai cdm bien (cdm^ bien mdt trdi, cdm biin tir trudng,...) duac ditng di xdc dinh<br /> cdc thdng sd tu thi ciia vi tinh. He thdng ca cdu chdp hdnh diing cho diiu khiin<br /> tu thi gdm cd; ba bdnh xe ddng luang, ba thanh tit luc duo'c ddt vudng gdc vdi<br /> nhau, khdi truat vd hi thdng khi nen. Mdt dim khi dgng cdu duac su dung di tgo<br /> ra mdt trgng thdi ldm viic gdn nhu khdng cd ma sdt. Todn bd qud trinh thu<br /> nghiim duac gidm sdt, phdn tich vd hiin thi bdng phdn mim xdy dung trin mdy<br /> tinh thdng qua mgt thiit bi truyin nhdn du lieu khdng ddy. Mdt vi xu ly duac su<br /> dung ldm khdi dieu khien trung tdm cho hi md phdng bdn vdt ly ndy.<br /> Abstract:<br /> 77?^ attitude determination and control system (ADCS) is the subsystem of a<br /> satellite which is responsible for stabilizing and orientating the satellite in the<br /> desired direction. The ADCS simulator for small satellite is introduced in this<br /> paper. This simulator is designed and manufactured for the purpose of carrying<br /> out the attitude determination and control process on the ground. Depending on<br /> the practical result, this simulator can be analyzed and improved. Different<br /> sensors (sun sensor, magnetometer,...) are used to measure the attitude parameter<br /> of satellite. A set of actuators consists of three inertial wheels, three mutually<br /> perpendiculgr magnetic coils, two sliding mass and a micro-thruster subsystem..<br /> The spherical air bearing is used to create near frictionless circumstances. The<br /> whole test is observed, analyzed and displayed by software on the computer. Data<br /> is transferred between computer and the simulator via a wireless device. The<br /> Rabbit 3000 micro-processor is used as the central processing unit of this<br /> simulator.<br /> <br /> <br /> I. GIOT THIEU CHUNG<br /> He thong xac dinh va dilu khikn tu th6 ve tinh (ADCS) la mot he th6ng quan trong tren ve<br /> tinh. He thong nay co nhiern vu on dinh va dieu khien ve tinh quay theo mot huang mong<br /> muon. Nha do, ve tinh eo the huong theo hudng anh sang mat trai hay tro den mot muc tieu<br /> xac dinh tren Trai dat. Tuy nhien, qua trinh thir nghiem kha nang boat dong ciia he thong nay<br /> tren Trai dat la rat kho khan vi de tao ra moi truang vQ tru tren mat dit la khong hk dl dang<br /> <br /> <br /> 151<br /> Tieu ban: Cong nghi thong tin - Tu dong hod - Cong nghe VU tru ISBN: 978-604-913-010-6<br /> <br /> <br /> <br /> Trong mot gioi ban nao do, co the su dung phuang phap mo phong ban vat ly de mo phong<br /> boat dong ciia he nay. Bang each su dung mot dem cau khong khi va diSu chinh sao cho tam<br /> khoi ciia san da trung vai tam hinh hoc cua khoi cau se lam giam dang ke mo men quay, tao<br /> ra mot moi truang gan giong moi truang vii try. Bai bao trinh bay cac ket qua da dat dugc<br /> trong qua trinh nghien cuu, thiet ke, che tao mot bo mo phong he ADCS su dung dem cau<br /> khong khi nhSm muc dich thii nghiem va phat trien cac loai cam bien, ca cau chap hanh, cac<br /> thuat toan mai cho viec xac dinh va dieu khien tu the ve tinh.<br /> II. TONG QUAN HE THONG<br /> Thiet ke co ban cho mot bo mo phong dieu khien va xac dinh tu the ve tinh bao gom mot san<br /> da dat tren mot dem cau khong khi. Mot tam phang dugc su dung de da cac thiet bi bao gom:<br /> cac cam bien, cac ca cau chap hanh, thiet hi thu phat radio, may tinh trung tam. He thong su<br /> dung ba banh xe lam ca cau chap hanh ca ban va co the boat dong a mgt trong hai che do:<br /> banh xe phan lire hoac banh xe dgng lugng. Ba thanh tu lire dat vuong goc vai nhau tung doi<br /> mot nham muc dich khu bao hoa cua cac banh xe dgng lugng, ciing nhu dugc sir dung lam he<br /> thong dieu khien du phong. Cong suat cua he thong dugc cung cap bai cac bg ac quy va bo<br /> chuyen doi DC-DC se giiip tao ra mgt nguon dien ap on dinh dam bao boat dgng cua cac cam<br /> bien do quan tinh. He thong can bang tu dgng se dich chuyen tam khoi vao gan tam hinh hgc<br /> ciia dem cau khong khi. May tinh trung tam chiu trach nhiem thu thap dir lieu, lgc va thuc<br /> hien thuat toan. Thong qua truyen thong khong day, mgt may tinh de ban a xa co the hien thi<br /> va luu trir cac goc lech ma san da tao ra trong suot qua trinh can bang hay trong qua trinh dieu<br /> khien huong.<br /> <br /> III. CAC THANH PHAN CHINH VA HE THONG CON CUA HE ADCS<br /> I. Tdm phdng<br /> Mgt tam phang dugc thiet ke c6 dang hinh tron duong kinh ngoai 76 cm, day 17 mm. No<br /> dugc che tao tu vat lieu la cac tam bgt PVC dugc kep giira bai 3 tha sgi cac bon luong true va<br /> dugc trang ben ngoai bang nhua epoxy. Ket cau nay cho phep cac mo men du hi triet tieu, va<br /> sgi cac bon c6 he so ty le do cung/khoi lugng cao vai he s6 gian na nhiet 0,028 x 10-6<br /> cm/cm*C, trong khi nhom co gia tri la 25 x 10-6 cm/cm*C.<br /> 2. Dim cdu khdng khi<br /> Dem cau khong khi dugc thiet ke va che tao bang chat lieu d6ng ph6t pho vai kha nang chiu<br /> tai 80 kg. Giira mat ban cau va chen da (xem hinh 3) ton tai mgt lop dem khong khi hep (day<br /> 0.0254 mm). Khong khi vao va ra thong qua 6 lo khi (duang kinh 0.55mm) dugc phan b6 d8u<br /> tren duong tron. Kich thuac ciia dem c4u khong khi la 99,9348 + 0,0414 mm , trong khi chen<br /> da CO duang kinh 100,472710,0235 mm. No co thk chuygn dgng t6i da 360 do quanh true<br /> Yaw, va 50 do quanh true Roll va Pitch. Ap suat lam viec cua ngu6n khi nen ben ngoai tiiy<br /> thugc vao tai trgng va khoang 3,2 kg/cm2 cho tai trgng 35 kg. Bg lgc khong khi la yeu ciu<br /> bat huge bai vi bui ban, cac phan tir dau, va hai am c6 the thg pha hong lap dem khong khi<br /> hep.<br /> 3. Cdm biin do qudn tinh (IMU)<br /> Cam bien do quan tinh la sir tich hgp giira con quay hoi chuyen va gia toe kS (xem hinh 4).<br /> Gia toe ke dugc che tao vai kich thuac rat nho, vai dai boat dgng trong khoang ±G . Trong<br /> khi do con quay hoi chuyen la mgt thiet hi ap dien vai dai hoat dgng trong khoang ±100° / s.<br /> Cac bg loc thong thap Butterworth dugc sir dung de chong nhieu, dieu che tin hieu va dugc<br /> dau noi tiep vai con quay hoi chuyen va gia toe ke.<br /> <br /> <br /> 152<br /> Hgi nghi Khoa hoc ky niim 35 ndm Vien Khoa hoc vd Cong nghe Viet Nam - Hd Not 10/2010<br /> <br /> <br /> <br /> 4. Tit ke 3 true<br /> Mgt la ban dien tir, co trang hi hai cam bien do goc ngbieng, dugc thiet ke de do ba thanh<br /> phan vecta ciia tir truang trai dat. Cac dau ra ciia thiet hi nay bao gom goc phuong vi (do<br /> chinh xac 0,5 do), ba thanh phin vecta tir truang, goc ngbieng true kep (len tai ±80 do va do<br /> chinh xac 0,25 do), va dir lieu nhiet do. Truyen thong noi tiep dugc thuc hien thong qua cong<br /> RS232. Cam bien do do nghieng dugc sir dung trong qua trinh can bang tu dgng.<br /> 5. Cdc bdnh xe ddng luang/phdn luc<br /> Cac banh xe dgng lugng din dgng bing cac dgng ca mgt chidu 24 V, 0.1 A. Banh xe dgng<br /> lugng thong thuang quay vai t6c tir 1400 tai 2200 vong/phiit va co thS dat van t6c t6i da 4200<br /> vong/phiit. Dgng ca dugc trang hi diy du t6c do kl va encoder dk do van t6c goc.<br /> 6. Thanh tit lire<br /> He thong dieu khien thanh tir luc dugc sir dung hieu qua trong xoay huong ve tinh va 6n<br /> dinh tu the a bit ky quy dao trai dit nao. He th6ng dilu khiln tir nay co khdi lugng nhe va<br /> tuong doi don gian. Thanh tir luc phii hgp vai nhilu iing dung vu tru, tuy nhien giai ban<br /> huang xoay chi khoang ±3 do va do Ion ciia mo men quay dilu khiln phu thugc nhilu vao ba<br /> thanh phan vecta cua tir trudng. Thanh tir lire cd dang hinh dng gdm cudn day quin xung<br /> quanh ldi sit tir dugc md ta nhu hinh 5. Cdng suit danh dinh cua thanh tir lire la 12 A-m^.<br /> 7. Hi thdng phut khi<br /> He th6ng phut khi (microthruster) gdm cd 6 van khi dugc tfch hgp trong he ADCS. Trong<br /> dd gom cd: 2 van cho dilu khien goc Yaw, 2 van cho dilu khiln gdc Pitch va 2 van cho dilu<br /> khien gdc Roll. Cac van nay dugc lip ddi xung nhau theo timg cap. Khi dugc nen diy trong<br /> cac binh cd ap suit Idn va dugc dua din cac van phut sau khi di qua mgt van dilu ap. Dilu<br /> nay giiip cho viec phut khi dn dinh hon.<br /> 5. Hi thdng mdy tinh trung tdm<br /> He thong may tinh dilu khiln trung tam cua he ADCS la mdt mach KIT LP3500 dugc xay<br /> dung vdi vi xir ly trung tam Rabbit 3000. Day la mdt vi xu ly cd tdc do xir ly nhanh, dugc<br /> thilt kl chuyen dung cho cac he th6ng nhiing va giao tilp. He thdng may tinh trung tam cd<br /> nhifm vu rihan dir lieu tir cac cam bien dugc tich hgp trong he th6ng, xac dinh tu thi va dilu<br /> khien ca cau chap hanh. He thong nay ciing dong vai tro giao tilp vdi phin mim dilu khiln<br /> tren may tinh PC.<br /> 9. Truyin thdng khdng ddy vd hi thdng gidm sdt<br /> Truyin thong giira ADCS vdi may tinh PC, dugc thuc hien bing sdng radio hai chilu<br /> thdng qua hai bd thu va phat tin hieu. Hai thilt hi thu phat nay cd thi xir ly tin hieu s6 va<br /> tuong tu thong qua 8 kenh ddc lap vdi khoang each lam viec la 100 m sir dung dilu cbl va<br /> giai dieu che FSK. De xac dinh tu the va danh gia dilu khiln thi nhit thilt phai xay dung<br /> phin mem luu trir toan bd qua trinh thay ddi tu thi ciia ADCS ddng thdi phai thi hien tren<br /> man hinh thdi gian thuc ba gdc lech tren ba true. Tit ca thdng tin vl tu the diu dugc nhan<br /> thong qua giao dien khong day va dugc luu trir thanh file dir lieu.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 153<br /> Tiiu ban: Cong nghi thong tin - Tir dong hod - Cong nghe Vii tru ISBN: 978-604-913-010-6<br /> <br /> <br /> pilHIWiMRHmiW-WIU4'.l.ll<br /> <br /> <br /> <br /> • - ^ ^ ^ ^ ^ ^ i<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> M«V.^~.iO<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> i*"^'^ " TJ<br /> <br /> <br /> <br /> Hinh I. Giao diin diiu khiin ciia hi thdng<br /> <br /> <br /> IV. PHUONG TRINH DONG HOC HE THONG<br /> Cac phuang trinh Ole va gdc Ole dugc sir dung de mo hinh dgng lire hgc cua he mo phong<br /> ADCS thong qua viec tinh toan ma tran quay (theo thir tu ZYX). Tat ea cac phuong trinh Ole<br /> va goc Ole nay deu dugc xet trong he quy chieu quan tinh. Dang chung ciia phuang trinh van<br /> toe Ole duac xac dinh nhu sau<br /> sin^ cosip<br /> 0<br /> ¥ cos^ cos 9 '«/<br /> <br /> e - 0 cos^ -sin^ ^y (1)<br /> ^. 1 sin (/) tan 6 cos ^ tan 6* 0)_<br /> <br /> <br /> [mg 11^ ] {-r^ cos ^ cos 0 + r^ sin ^ cos 0)<br /> 6) [mg I Iyy\ (r^ cos ip cos 0-^r^ sin ^) (2)<br /> [mg I f^ ] (-?; sin ^ cos 0-ry sin (j))<br /> <br /> <br /> V. HE THONG CAN BANG<br /> He thong can bang la mgt he thong khong the thilu d6i vdi ADCS vi no triet tieu toan bg mo<br /> men quay trgng lire tac dung Ien bg mo phong. Qua trinh can bing ciing rit khd khan do do<br /> phuc tap ve mat hinh hgc ciia cac bg phan. Sir mit can bing xuit hien khi trgng tam va/hoac<br /> cac tryc quan tinh ca sd co sir dich chuyen so vdi true quay. D I cd thi mo ta diy dii he thdng<br /> can bang dgng chiing ta cin thiet phai bilt: tong khdi lugng toan he, ma tran quan tinh, tu thi<br /> san dd, va md hinh dgng lire hgc. Trong bai bao nay chung toi dl cap tdi mgt phuang phap<br /> can bang bg mo phong, ma trong d6 ma tran quan tinh va tam khdi dugc udc lugng thdng qua<br /> nhan biet h? thong sir dung cam bien van toe va gia toe goc, dong thdi giai he cac phuang<br /> trinh Ole ve chuyen dong doi vdi vat ran. Mgt bg cac khoi trugt dugc sir dung nhim dilu<br /> chinli tam khoi theo ba true. Hoat ddng cua chiing gidng nhu chuyen ddng ciia true cudn giiy<br /> va dugc dieu khien bang ddng ca budc.<br /> <br /> <br /> <br /> 154<br /> Hoi nghi Khoa hoc ky- niim 35 ndm I 'iin Khoa hoc vd Cong nghe Viet Nam - Hd Noi 10 2010<br /> <br /> <br /> <br /> Cac budc chinh trong phuong phap can bang he md phdng bao gdm: Tdng khdi lugng cua he<br /> thdng dugc tinh toan. Nhirng can chinh ban dau ve van tdc gdc va hudng phai dugc thuc<br /> hien. va may tinh trung tam se gui lenh dieu khien md men quay, dgc va ghi dCr lieu \h. Cac<br /> tinh toan dir lieu dau vao/ dau ra cho ta udc lugng hien thdi cua ma tran quan tinli. ciing nhu<br /> dg sai lech giira tam khdi (CM) va tam quay (CR) ciia san dd. Cac khoi trugt se dich chuyin<br /> de dich tam khdi vao gan vdi tam quay (tam hinli hgc cua dem ciu khdng khi). Qua trinh nay<br /> se lap di lap lai cho tdi.Khi dat dugc ngudng gidi han 0,025mm va sau khi can bing md men<br /> quay du cdn khoang 50 g-cm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> FTinh 2 Hi md phdng bdn vdt ly ADCS<br /> <br /> VL KET QUA<br /> Dudi day la nhirng kit qua budc diu dat dugc khi thuc hien dilu khiln gdc phuang vi theo<br /> gia tri goc mong mudn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hinh 3 Dieu khiin gdc phuang vi vi 0 do<br /> <br /> <br /> <br /> —.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hinh 4 Diiu khiin gdc phucmg vi tdi 30 do<br /> <br /> <br /> <br /> 155<br /> Tiiuban: Cong nghi thong tin - Tu dong hod - Cong nghe VU tru ISBN: 978-604-913-010-6<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> VH. KET LUAN<br /> Bai bao trinh bay kha chi tiet mdt he md phdng ban vat ly tu thi ve tinh qua do tao nen tang<br /> cho nhimg nghien cim sau nay ve cac cdng nghe ciing nhu thuat toan dilu khien tu the ve<br /> tinh. Bd md phdng ban vat Iy dugc tich hgp kha day dii cac thilt bi tien tiln ddng vai trd quan<br /> trgng trong muc tieu can bang va dieu khien he thdng nhu: cam biln mat trdi, cam bien do<br /> quan tinh, thanh tir lire, dem cau khdng khi, may tinh trung tam. Bai bao cung da neu phuong<br /> phap can bang he thdng, cac thi nghiem ciing nhu cac ket qua da dat dugc trong xac dinh va<br /> dieu khien tu the. Bd md phdng ban vat Iy cimg vdi nhung ket qua budc dau kha quan se thiic<br /> day cac ke hoach phat trien tiep theo bao gdm: dieu khien tu dgng sir dung he thdng phut, he<br /> thdng banh xe ddng lugng, img dung cac cam bien trai dat, cam bien sao...<br /> <br /> <br /> TAI LIEU THAM KHAO<br /> 1. Prado J., Bisiacchi G., Reyes L., Vicente E., Contreras F., Mesinas M and Juarez A.<br /> "Three-axis Air-bearing Based Platform for Small Satellite Attitude Determination<br /> and Control Simulation ". Joumal of Applied Research and Technology. Vol. 3 No. 3<br /> December. 2005. pp222-237.<br /> 2. Prado J., Bisiacchi G., "Dynamic Balancing for a Satellite Attitude Control<br /> Simulator". Instrumentation and Development. Joumal of the Mexican Society of<br /> Instrumentafion. SOMI. Vol 4. No 5. 2000. pp 76-81<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 156<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
5=>2