تحقیق ارزیابی الگوریتم­های کنترل وضعیت ماهواره

توضیحات

عنوان: ارزیابی الگوریتم­های کنترل وضعیت ماهواره

• مقدمه
• کنترل وضعیت ماهواره
• مروری اِجمالی بر الگوریتم­ها و روش­های کنترل وضعیت ماهواره
•  معرفی یک الگوریتم طراحی کنترل وضعیت ماهواره]9[
• نتیجه­گیری
• منابع

مقدمه

  پیچیدگی بالا و حجم عظیم ارتباطات و اتصالات به کار رفته در ماهواره­ها، شرایط محیطی خاص و مملو از تشعشع حاکم بر فضا و مهمتر از این موارد، دسترسی نداشتن به ماهواره و قابلیت نگهداری محدود این وسیلۀ فضایی باعث شده است که بروز عیب در این نوع سیستم­های دینامیکی اجتناب ناپذیر باشد. در این راستا، هر چند اتخاذِ تدابیری همچون انتخاب ادوات نزدیک به ایده­آل، انجام مراحل تضمین کیفیت دقیق بر اساس استانداردهای فضایی و انجام آزمایش­های محیطی در سطح تجهیزات، زیرسیستم و ماهواره باعث بالا رفتن قابلیت اطمینان می­شود، اما به رغمِ تمام تلاش­هایی که به منظور جلوگیری از بروز عیب صورت می­گیرد، راهکارهای فوق، تنها زمان بروز عیب را به تعویق می­اندازند]1[.

   بررسی تاریخچۀ وقوع خطا در ماموریت­های مختلف نشان می­دهد که این پدیده چه در طرح اولیۀ ماهواره­ها و پرتابگرها و چه در طرح­های مدرن امروزی همواره باعث ایجاد چالش شده است. مقایسۀ آماری بین زیرسیستم­های مختلف ماهواره حاصل از اطلاعات ماهواره نشان می­دهد که 36 درصد از عیوب حادث شونده در ماهواره به زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت مشتمل بر حسگرها، عملگرها و الکترونیک وضعیت اختصاص یافته است]2[. بررسی نتایج بسیاری از عیوب نشان می­دهد که به از دست رفتن ماموریت یا مختل شدن سرویس مورد انتظار از آن منجر شده است. بر این اساس، تحلیل داده­های آماری فوق و بررسی نمونه­های عینی بروز عیب در زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت را نشان می­دهند]3[.

2.کنترل وضعیت ماهواره[2]

  آنچه که در کنترل وضعیت ماهواره از اهمیت ویژه­ای برخوردار است، دقت، مصرف انرژی بهینه و توانایی از بین بردن اثرات عدم قطعیت و اشباع عملگر در عین قابلیت اطمینان بالا می­باشد. معادلات حرکت ماهواره، در مانورهای چرخشی با زوایای بزرگ و در هنگام استفاده از چرخ­های عکس­العملی به عنوان عملگر به شدت غیرخطی هستند. از طرفی در شرایط واقعی ممکن است مشخصه­های جرمی ماهواره دارای عدم قطعیت باشند یا به علت حرکت محموله خارجی و بازشدن آرایه­های خورشیدی این مشخصه­های جرمی باز مان تغییر یابند. بنابراین سیستم کنترل وضعیت باید توانایی مواجهه با ترم­های غیرخطی و عدم قطعیت­های پارامتری در ماهواره را داشته باشد. همچنین در برابر عدم قطعیت­های دینامیکی همچون اغتشاشات خارجی نیز مقاوم باشد]3[.

3. مروری اِجمالی بر الگوریتم­ها و روش­های کنترل وضعیت ماهواره

  در این قسمت از تحقیق، به معرفی برخی از کارهای انجام گرفته در راستای کنترل وضعیت ماهواره، خواهیم پرداخت.

حسین بلندی و همکاران در]1[، به ارائه طراحی الگوریتم­های آشکارسازی و جداسازی عیب مبتنی بر حدود آستانۀ تطبیقی برای زیرسیستم کنترل وضعیت یک ماهواره سه محوره پرداختند. در این کار، یک روش آشکارسازی عیب مقاوم بر اساس تولید حدود آستانۀ تطبیقی برای یک ماهوارۀ سه محوره ارائه می­شود. برای این منظور، در ابتدا سیستم کنترل وضعیت توسط یک مدل با تغییرات شبه پارامتری خطی توصیف می­شود. در ادامه یک مشاهده­گر بازه­ای بر اساس مدل فوق طراحی شده است که بر اساس آن، عدم قطعیت­های پارامتری ماهواره­ به درون حدود آستانۀ اعلان عیب منتقل شده و در نتیجه حدود آستانه تطبیقی بدست خواهند آمد. در این کار، نشان داده می­شود که این روش باعث کاهش نرخ اعلان عیب نادرست شده و نیز عیوب کوچک یا دارای تغییرات شیب­دار در قیاس با روش­های ذکر شده به طور موثرترتشخیص داده می­شوند. در بخش دیگر یک الگوریتم جداسازی مبتنی بر روش درخت عیب، همچنین یک سیستم جبران عیب با استفاده از بازپیکربندی عملگرها ارائه شده است. بنابراین بعد از جداسازی چرخ­های عکس­العملی معیوب، عملگرهای مغناطیسی مناسب جایگزین آنها می­شود و در نتیجه خطای کنترل وضعیت، محدود نگاه داشته می­شود. در این کار، یک روش مقاوم تشخیص عیب برای سیستم کنترل وضعیت ماهواره که مبتنی بر تولید حدود آستانۀ تطبیقی است معرفی شد. در این راستا، ابتدا یک مدل غیرخطی q-LPVبرای ماهواره استخراج شده و یک مشاهده­گر بازه­ای طراحی شد. در این روش، عدم قطعیت­های پارامتری، اغتشاش­ها و نویزهای اندازه­گیری به صورت بازه­ای مدل شدند که در نهایت با انتشار آنها به داخل حدود آستانۀ رخداد عیب، منجر به تولید حدود آستانۀ تطبیقی برای تست سازگاری مانده­ها شد. روش مورد استفاده در این کار تشخیص عیب اصلاح می­کند که این اصلاح عملکرد هم از نقطه نظر حداقل اندازۀ عیب قابل تشخیص و هم از نقطه نظر اعلان رخداد عیب است.

حسین بلندی و همکاران در]2[، به طراحی الگوریتم­های تشخیص، شناسایی و اصلاح عیب برای زیرسیستم­کنترل وضعیت یک ماهوارۀ سه محوره پرداختند. هدف از این کار، طراحی یک زیرسیستم کنترل وضعیت تحمل­پذیرعیب است که قابلیت­های تشخیص، شناسایی و اصلاح عیب را در این زیرسیستم ایجاد می­کند. در این راستا، استفاده از روش تاکاگی- سوگنو برای مدل­سازی دقیق دینامیک غیرخطی ماهواره مدنظر قرار گرفته است که بر اساس آن می­توان از قابلیت رویتگرهای تطبیقی خطی برای دینامیک غیرخطی ماهواره بهره­گیری کرد. در رویتگر تطبیقی طراحی شده، عیب حادث شونده در چرخ­های عکس­العملی بر اساس یک الگوریتم تطبیقی، تخمین زده شده که امکان تشخیص و شناسایی عیب در عملگرها را ایجاد می­کند. ایدۀ مورد استفاده در بخش اصلاح عیب، استفاده از یک قانون کنترل خطی­سازی فیدبک پسگام است که از عیب تخمین زده شده توسط رویتگر تطبیقی به عنوان بخش جبران­ساز در این الگوریتم بهره­گیری شده است. بر این اساس، محدود ماندن خطای کنترل وضعیت به رغم بروز عیب در عملگرها تضمین می­شود. در این کار، مراحل طراحی الگوریتم­های تشخیص، شناسایی و اصلاح عیب برای دستیابی به یک زیرسیستم کنترل وضعیت تحمل­پذیر عیب در ماهواره ارائه شد. عملگرد الگوریتم­های تشخیص و شناسایی عیب بر مبنای تخمین میزان عیب توسط رویتگر تطبیقی بوده که طراحی آن بر اساس ترکیب مدل­های ناحیه­ای خطی به روش تاکاگی-سوگنو صورت پذیرفت. نتایج شبیه­سازی صورت گرفته، قابلیت­ الگوریتم طراحی شده را برای تشخیص عیب عملگرها و تخمین دقیق آن و همچنین جداسازی عملگر معیوب مورد تایید قرار می­دهند. در این کار، همچنین مراحل طراحی الگوریتم اصلاح عیب بر اساس فیدبک خطی­سازی پسگام ارائه شد که در آن از میزان عیب تخمین زده شده توسط رویتگر تطبیقی استفاده شده است. استفاده از این الگوریتم، قابلیت جبران اثر عیب حادث شده در عملگرها و عدم انحراف از مشخصات عملکردی مطلوب را برای سیستم ایجاد می­کند که این موضوع به نتایج شبیه­سازی مورد تایید است.

مصطفی عابدی و همکاران در]3[، به معرفی محوره مبتنی بر استخراج ماتریس­های دوران مختلف و محاسبه معیارهای واریانسی پرداختند. هدف از این کار، طراحی یک زیر سیستم تعیین وضعیت تحمل­پذیر عیب برای یک ماهواره سه­محوره می­باشد. برای این منظور فرض شده است که تنها داده­های حسگرهای خورشید و میدان مغناطیسی در دسترس هستند. با استفاده از الگوریتم طراحی شده می­خواهیم یک عملیات پیوسته و مطمئن را برای محاسبه زوایای اویلر علی­رغم رخداد عیب در حسگرهای فوق داشته باشیم. به عبارت دیگر دارای قابلیت حسگر معیوب و حذف خودکار داده­های معیوب از فرآیند تعیین وضعیت را داشته باشد. راه­حل پیشنهادی در این کار، یک راهکار مستقل از مدل نوین می­باشد که برمبنای استخراج کلیه دوران­های ممکن بین دستگاه­های مختصات مداری و بدنه ماهواره می­باشد. با محاسبه واریانس­های حاصل از این دوران­ها و دسته­بندی مناسب آنها نشان داده می­شود که نه تنها حسگر معیوب بلکه عوامل ایجاد تا چهار سطح قابل تشخیص هستند. هر سطح معرف درصدی از میزان گستردگی عیب رخ داده می­باشد. علاوه بر این قابلیت اصلاح اثر عوامل ایجاد عیب در فرآیند محاسبه زوایا منظور شده است. بنابراین پیشنهاد فوق یک روش مستقل از مدل را برای مدیریت عیب ارائه می­دهد که تحت تاثیر تغییرات دینامیکی و یا عملکرد نادرست عملگرها قرار نمی­گیرد و هیچ­گونه سخت­افزار افزونه را تحمیل نخواهد کرد. در انتهای مقاله با انجام شبیه­سازی، عملکرد راهکار پیشنهادی برای سناریوهای مختلف رخداد عیب صحت­سنجی می­گردد. نتایج بدست آمده خروجی­های قابل انتظار از الگوریتم را تایید می­نمایند.

توجه:

برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.

لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.