ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ

ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ

Introduction. Electromagnetic actuators are widely used in spacecraft (SC) attitude control systems. These actuators can be modified by using slewing permanent magnets (ASPM) as sources of torque instead of electromagnets. These modified devices consume less onboard electricity for SC attitude contr...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2022
Автори: Khoroshylov, S., Lapkhanov, E.
Формат: Стаття
Мова:English
Опубліковано: PH “Akademperiodyka” 2022
Теми:
космічний апарат
час-періодичний регулятор
виконавчі органи з поворотними постійними магнітами
Онлайн доступ:https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/239
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Science and Innovation

Репозитарії

Science and Innovation
id oai:ojs2.scinn-eng.org.ua:article-239
record_format ojs
institution Science and Innovation
baseUrl_str
datestamp_date 2022-10-06T05:07:17Z
collection OJS
language English
topic космічний апарат
час-періодичний регулятор
виконавчі органи з поворотними постійними магнітами
spellingShingle космічний апарат
час-періодичний регулятор
виконавчі органи з поворотними постійними магнітами
Khoroshylov, S.
Lapkhanov, E.
ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ
topic_facet космічний апарат
час-періодичний регулятор
виконавчі органи з поворотними постійними магнітами
spacecraft
time-periodic regulator
actuators with slewing permanent magnets
format Article
author Khoroshylov, S.
Lapkhanov, E.
author_facet Khoroshylov, S.
Lapkhanov, E.
author_sort Khoroshylov, S.
title ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ
title_short ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ
title_full ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ
title_fullStr ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ
title_full_unstemmed ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ
title_sort часоперіодичне керування кутовим рухом космічних апаратів з використанням поворотних постійних магнітів
title_alt Time-Periodic Spacecraft Attitude Control with the Use of Slewing Permanent Magnets
description Introduction. Electromagnetic actuators are widely used in spacecraft (SC) attitude control systems. These actuators can be modified by using slewing permanent magnets (ASPM) as sources of torque instead of electromagnets. These modified devices consume less onboard electricity for SC attitude control than the conventional ones.Problem Statement. An algorithm for attitude stabilization of a SC using ASPM was proposed in previous studies, where the pole placement technique and pulse-width modulation (PWM) were used to design the controller. However, this approach does not allow the designers to find optimal values of the required magnetic torques, which may result in frequent engagement of the stepper motors of the ASPMs and their significant energy consumption. This controller has such a drawback because its gains are selected without taking into account time-periodic properties of the Earth magnetic field.Purpose. The purpose of the study is to design the algorithm for the SC angular stabilization by the ASPMs taking into account time-periodic properties of the Earth magnetic field.Materials and Methods. The solution of the time-periodic Riccati equation was used for the controller design. Mathematical modeling and computer simulation of SC motion was applied to build the model of the plan and validate the results.Results. A time-periodic based SC attitude control algorithm has been designed. Taking into consideration the time-periodic properties of the magnetic field of Earth allow us to optimize the required magnetic control torques. This algorithm minimizes the frequency of the actuation of the ASPM sashes, and thus reduces onboard energy consumption.Conclusions. The designed algorithm increases the control efficiency of SC attitude control by using jointly the ASPMs, time-periodic linear-quadratic regulator and pulse-width modulator.
publisher PH “Akademperiodyka”
publishDate 2022
url https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/239
work_keys_str_mv AT khoroshylovs timeperiodicspacecraftattitudecontrolwiththeuseofslewingpermanentmagnets
AT lapkhanove timeperiodicspacecraftattitudecontrolwiththeuseofslewingpermanentmagnets
AT khoroshylovs časoperíodičnekeruvannâkutovimruhomkosmíčnihaparatívzvikoristannâmpovorotnihpostíjnihmagnítív
AT lapkhanove časoperíodičnekeruvannâkutovimruhomkosmíčnihaparatívzvikoristannâmpovorotnihpostíjnihmagnítív
first_indexed 2025-09-24T17:18:53Z
last_indexed 2025-09-24T17:18:53Z
_version_ 1850410746545963008
spelling oai:ojs2.scinn-eng.org.ua:article-2392022-10-06T05:07:17Z Time-Periodic Spacecraft Attitude Control with the Use of Slewing Permanent Magnets ЧАСОПЕРІОДИЧНЕ КЕРУВАННЯ КУТОВИМ РУХОМ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОВОРОТНИХ ПОСТІЙНИХ МАГНІТІВ Khoroshylov, S. Lapkhanov, E. космічний апарат час-періодичний регулятор виконавчі органи з поворотними постійними магнітами spacecraft time-periodic regulator actuators with slewing permanent magnets Introduction. Electromagnetic actuators are widely used in spacecraft (SC) attitude control systems. These actuators can be modified by using slewing permanent magnets (ASPM) as sources of torque instead of electromagnets. These modified devices consume less onboard electricity for SC attitude control than the conventional ones.Problem Statement. An algorithm for attitude stabilization of a SC using ASPM was proposed in previous studies, where the pole placement technique and pulse-width modulation (PWM) were used to design the controller. However, this approach does not allow the designers to find optimal values of the required magnetic torques, which may result in frequent engagement of the stepper motors of the ASPMs and their significant energy consumption. This controller has such a drawback because its gains are selected without taking into account time-periodic properties of the Earth magnetic field.Purpose. The purpose of the study is to design the algorithm for the SC angular stabilization by the ASPMs taking into account time-periodic properties of the Earth magnetic field.Materials and Methods. The solution of the time-periodic Riccati equation was used for the controller design. Mathematical modeling and computer simulation of SC motion was applied to build the model of the plan and validate the results.Results. A time-periodic based SC attitude control algorithm has been designed. Taking into consideration the time-periodic properties of the magnetic field of Earth allow us to optimize the required magnetic control torques. This algorithm minimizes the frequency of the actuation of the ASPM sashes, and thus reduces onboard energy consumption.Conclusions. The designed algorithm increases the control efficiency of SC attitude control by using jointly the ASPMs, time-periodic linear-quadratic regulator and pulse-width modulator. Вступ. Електромагнітні виконавчі органи широко використовуються в системах керування космічними апаратами (КА). Ці виконавчі органи можна модифікувати, використовуючи, замість електромагнітів, поворотні постійні магніти (ВППМ) для генерації керуючого моменту. Останні споживають менше бортової електроенергії для керуванняорієнтацією КА, ніж звичайні електромагніти.Проблематика. В попередніх дослідженнях було запропоновано алгоритм орієнтації й стабілізації КА з використанням ВППМ. Для розробки алгоритму керування було застосовано підходи синтезу модальних регуляторів із широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Однак такий підхід не дозволяє знайти оптимальні значення необхідних магнітних моментів, що може призвести до частого вмикання крокових двигунів ВППМ та суттєвого споживання енергії, оскільки його коефіцієнти підсилення підібрано без урахування часоперіодичних властивостей магнітногополя Землі.Мета. Розробка алгоритму кутової стабілізації КА з ВППМ з урахуванням часово-періодичних властивостей установки магнітного поля Землі.Матеріали та методи. Для розробки регулятора використано розв’язок часоперіодичного рівняння Ріккаті. Для побудови моделі плану та перевірки результатів було застосовано математичне та комп’ютерне моделювання руху КА.Результати. Розроблено часоперіодичний алгоритм керування орієнтацією КА. Врахування часово-періодичних властивостей магнітного поля Землі дозволяє оптимізувати значення необхідних магнітних керуючих моментів. Цей алгоритм мінімізує частоту спрацьовування стулок ВППМ і таким чином знижує бортове енергоспоживання.Висновки. Розроблений алгоритм підвищує працездатність та ефективність керування орієнтацією КА шляхом використання ВППМ, часоперіодичного лінійно-квадратичного регулятора та широтно-імпульсного модулятора. PH “Akademperiodyka” 2022-09-28 Article Article Рецензована стаття Peer-reviewed article application/pdf https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/239 10.15407/scine18.05.038 Science and Innovation; Том 18 № 5 (2022): Science and Innovation; 38-48 Science and Innovation; Vol. 18 No. 5 (2022): Science and Innovation; 38-48 2413-4996 2409-9066 10.15407/scine18.05 en https://scinn-eng.org.ua/ojs/index.php/ni/article/view/239/133 Copyright (c) 2022 Copyright Notice Authors published in the journal “Science and Innovation” agree to the following conditions: Authors retain copyright and grant the journal the right of first publication. Authors may enter into separate, additional contractual agreements for non-exclusive distribution of the version of their work (article) published in the journal “Science and Innovation” (for example, place it in an institutional repository or publish in their book), while confirming its initial publication in the journal “Science and innovation.” Authors are allowed to place their work on the Internet (for example, in institutional repositories or on their website).

Схожі ресурси