دینامیک و کنترل مسیر حرکت ماهواره تحت تاثیر اغتشاش های وارده

بررسی دینامیک غیرخطی حرکت ماهواره و کنترل موقعیت و وضعیت آنها شاخه ای از علوم فضایی است که در چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است. یافتن مدلی مناسب از دینامیک حرکت و روش کنترلی مناسب و بهینه، با توجه به موتورهای رانشی موجود، بخش اصلی این مطالعات را تشکیل می دهد. در این پایان نامه قصد داریم مدلی نسبتاً دقیق از دینامیک ماهواره ها(خصوصاً leo) به همراه اغتشاشات عدم کرویت، آیرودینامیک، فشارهای تشعشعی و جرم های اطراف را تهیه نموده تا با وجود آن بتوانیم کنترلی بر پایه مدل مرجع طراحی کنیم. روش های مختلفی در بررسی دینامیک دوجرمی زمین-ماهواره در نظر گرفته می شوند که شامل روش های در فضای دکارتی(با زیر شاخه هایش) و روش در فضای مولفه های مداری هستند که در این تحقیق هر دوی این روش ها شبیه سازی شده و با مقایسه مزایا و معایب موجود درهریک، روش مناسب انتخاب و در ادامه با مراجع و نرم افزارهای موجود مقایسه شده اند. در روش فضای مولفه های مداری می توان اثرهای اغتشاشی طولانی مدت و نوسانی هریک از اغتشاشات را به طور جداگانه مورد توجه قرار داد که این خود یکی از دستاوردهای این شبیه سازی ها است. در این تحقیق دینامیک مسیر حرکت ایده آل، تحت تاثیر جرم مرکزی و بخش نوسانی اثر j_2 فرض شده و بقیه اثرها به عنوان اغتشاش در نظر گرفته شده اند. استفاده از کنترلرهای پیوسته نیازمند موتورهای پیشران پیوسته با پیشرانش غیر ثابت است که در عمل تحقق پذیر نیست. در اینجا مدل های کنترلی مقطعی(on-off) با پیشرانش ثابت را ارائه نموده ایم که در هر دو فضای دکارتی و مولفه های مداری به صورت جداگانه طراحی شده اند. مدل در فضای دکارتی، نقص های قبلی را توسط انتخاب مناسب بهره های کنترل فیدبک برطرف کرده و مدل در فضای مولفه های مداری، با اعمال تغییرات سرعت در راستاهای مختلف و در نقاط مشخص مدار، اثرهای اغتشاشی مطرح شده را به خوبی جبران کرده اند. در فضای دکارتی ابتدا از روش مستقیم لیاپانوف استفاده شده و سپس با استفاده از یک الگوریتم جدید بهینه سازی سیستم های غیرخطی(sdre)، که نتیجه فرم خطی وابسته به حالت(sdc) معادلات حرکت ماهواره است، نیروهای کنترلی بدست آمده، بهینه شده اند. در ادامه، فرآیند کنترلی مولفه-های مداری به همراه در نظر گرفتن اثر نوسانی j_2 در دینامیک، شبیه سازی شد. که نیروهای کنترلی آن طبق مقایسه صورت گرفته در شرایط یکسان به مراتب کوچک تر از روش های کنترلی در فضای دکارتی هستند و نتایج کنترلی آن نسبت به فضای دکارتی مناسب تر می باشند. برای ارزیابی کنترلر طراحی شده، نتایج مدل با نتایج موجود در مراجع مقایسه شده اند که نتایج بدست آمده بیان کننده صحت روش کنترلی بدست آمده می باشند. کلمه های کلیدی: دینامیک غیرخطی، اغتشاش، اثر اغتشاشی طولانی مدت، عملگر روشن-خاموش، کنترلر پیوسته، معادله ریکاتی وابسته به حالت، اصلاح مدار و کنترلر مولفه های مداری.