%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/iris@1905/2005/08.03.21.21
%2 sid.inpe.br/iris@1905/2005/08.03.21.21.31
%F 9934
%T Estudo do desempenho do sistema de controle de atitude de um satélite rígido flexível
%J x
%D 2002
%8 2002-02-20
%9 Dissertação (Mestrado em Mecânica Espacial e Controle)
%P 187
%A Trigolo, Adriana,
%E Canesin, Wilson Custódio (presidente),
%E Souza, Luiz Carlos Gadelha de (orientador),
%E Ricci, Mário César,
%E Fenili, André,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K engenharia e tecnologia espacial.
%X O uso de pequenos satélites artificiais tem se mostrado um meio relativamente rápido, simples e de baixo custo de alcançar o espaço em missões espaciais com as mais diversas aplicações, entretanto, a conquista do espaço não será possível sem a construção de grandes estruturas espaciais com componentes rígido/flexíveis, cuja estrutura mecânica consiste basicamente de duas partes. A primeira, chamada de corpo central, contém toda instrumentação associada à carga útil envolvida com os objetivos da missão e os equipamentos do sistema de controle de atitude, a estrutura dessa parte deve ser rígida o suficiente para suportar a carga mecânica durante a fase de lançamento. A segunda parte consiste de longos e/ou largos apêndices flexíveis, tais como, antenas de comunicação, estruturas telescópicas, braços cuja finalidade é manipular equipamentos ou colocar sensores fora da interferência do corpo central, estes dois aspectos conduz a um compromisso entre rigidez e flexibilidade. Esta complexidade rígida/flexível pode induzir vibração estrutural, quando a estrutura esta sujeita a rotações. Além disso, a flexibilidade da estrutura tem um papel importante no comportamento dinâmico e no desempenho do sistema de controle de atitude (SCA). Neste trabalho inicialmente, foram derivadas as equações de movimento de um satélite rígido composto de um corpo central e um apêndice, tendo como atuador um rotor, utilizando-se a formulação de Newton-Euler. Observou-se que para um sistema de controle passivo o satélite só é estável quando o movimento ocorre em torno eixo de maior momento de inércia e para um controle ativo o movimento também é estável em tomo do eixo de menor momento de inércia. Em seguida, utilizando-se da formulação Lagrangeana, desenvolveu-se o modelo de um satélite composto de um corpo central rígido com dois apêndices flexíveis. A investigação dos efeitos da influencia da flexibilidade e da variação de parâmetros no desempenho do SCA, o qual é do tipo proporcional mais derivativo (PD) com ganhos calculados pelo método de alocação de pólos, foi feita no domínio da freqüência, utilizando-se ferramentas como mapeamento de pólos e zeros e diagrama de Bode; e no domínio do tempo, observando a resposta do sistema a perturbação do tipo impulso e degrau. Observou-se desse estudo que o SCA sofre sensível degradação no seu desempenho à medida que parâmetros do sistema (coeficiente de amortecimento estrutural e freqüência natural de vibração) sofrem variações no sentido de tornar a estrutura mais flexível. Finalmente, diferentes estratégias da lei de controle implementada foram avaliadas, onde foi possível observar que a capacidade de apontamento do sistema de controle é fimção de sua complexidade e conseqüentemente do seu custo. ABSTRACT: The use of small artificial satellites has been shown a relatively fast, simple and low cost way of reaching the space in space missions with the most several applications, however, the conquest of the space will not be possible without the construction of great space structures with rigid/flexible components, whose mechanics structure consists basically of two parts. The first one, called central body, contains every instrumentation associated to the pay load involved with the objectives of the mission and the attitude control system (ACS) equipments, the structure of that part should be rigid enough to support the mechanical load during the launch phase. The second part consists of long and/or wide fiexible appendixes, such as, communication antennas, telescopic sttuctures, anns whose purpose is to manipulate equipments or to put sensor out of the interference of the central body, these two aspects drive a commitment between rigidity and fiexibility. This rigid/flexible complexity can induce structural vibration, when the structure is subjects to rotations. Besides, the flexibility of the stucture lias an important paper in the dynamic behavior and in the ACS performance. In this work initially, using the Newton-Euler formulation, the equations ofmotion of a rigid satellite composed of a central body and an appendix were derived, having as actuator a rotor. It was observed that for a passive control system the satellite is only stable when the motion is around the axis oflargest mornent of inertia and for an active control system the motion is also stable around the axis of smaller moment of inertia. Afierwards, using the Lagrangean formulation, a more complex model of a satellite composed of a rigid central body with two fiexible appendixes was derived. The ACS implemented was a proportional plus derivative (PD) type whose gains were found by the poles allocation method. The investigation of the effects of the influences of the fiedbility and of the variation of parameters in the ACS performance, was done in the frequency domain, using tools like poles and zeros location and Bode diagram; and in the time domain, observing the answer of the system to the disturbance of pulse and step type. It was observed that ACS suffers sensitive degradation when parameters of the system like structural coefficient ration and natural frequency ofvibration; suffer variations in the sense of tuming the structure more flexible. Finally, different strategies of the control law implemented were evaluated, where it was possible to observe that the precision capacity of the control system is function ofits complexity and consequently ofits cost.
%@language pt
%3 publicacao.pdf