Modelarea matematică şi simularea computaţională a comportamentului dinamic pe orbită a nanosateliţilor

Abstract

Scopul lucrării: dezvoltarea unui model matematic de descriere a atitudinii satelitului pe orbită şi simularea computaţională a poziţionării sale. Noutatea şi originalitatea ştiinţifică: Sinteza algoritmilor de control al atitudinii nanosateliţilor pe orbită în baza algoritmilor clasici de reglare, regulatorului fuzzy şi regulatorului hibrid fuzzy-PID. Problema ştiinţifică soluţionată constă în elaborarea modelului matematic de descriere a comportamentului dinamic al nanosatelitului pe orbită şi sinteza algoritmilor inteligenţi de conducere care asigură performanţa necesară în vederea poziţionării nanosateliţilor pe orbită. Semnificaţia teoretică o reprezintă elaborarea şi dezvoltarea unei noi soluţii pentru sporirea eficienţei algoritmilor de conducere a poziţionării nanosateliţilor. Valoarea aplicativă a lucrării constă în: 1) elaborarea algoritmilor de control atitudine pentru nanosateliţi în baza roţilor de reacţie; 2) algoritmul de control al atitudinii nanosatelitului TUMnanoSAT; 3) elaborarea platformei de procesare şi analizare a datelor privind procesul de poziţionare a nanosatelitului în vederea îmbunătăţirii performanţele. Implementarea rezultatelor ştiinţifice constă în utilizarea modelelor şi sistemelor elaborate pentru nanosatelitul "TUMnanoSAT” în cadrul Centrului Tehnologii Spaţiale UTM. Valoarea aplicativă a lucrării se confirmă inclusiv prin actul de implementare a rezultatelor obţinute.

Purpose of the work: development of a mathematical model describing the position of the satellite in orbit, and computer modeling of its positioning. Scientific novelty and originality: Synthesis of nanosatellite attitude control algorithms on orbit based on classical control algorithms, fuzzy controller and fuzzy-PID hybrid controller. The solved scientific problem consists in the development of the mathematical model describing the dynamic behavior of the nanosatellite in orbit and the synthesis of the intelligent driving algorithms that ensure the necessary performance in order to position the nanosatellites in orbit. Theoretical importance lies in the design and development of a new solution to improve the efficiency of nanosatellite positioning control algorithms. The applied value of the work lies in: 1) development of nanosatellite orientation algorithms based on reaction wheels; 2) algorithm for controlling the orientation of the TUMnanoSAT nanosatellite; 3) development of a platform for processing and analyzing data from the nanosatellite positioning process in order to increase performance. The implementation of scientific results involves the use of models and systems developed for the TUMnanoSAT nanosatellite within the framework of the UTM Center for Space Technologies. The applied value of the work is confirmed by the act of implementing the results obtained.

Цель работы: разработка математической модели, описывающей положение наноспутника на орбите, и компьютерное моделирование его позиционирования. Научная новизна и оригинальность: cинтез алгоритмов ориентации наноспутника на орбите на основе классических алгоритмов управления, нечеткого регулятора и гибридного нечетко-ПИД регулятора.. Решаемая научная задача заключается в разработке математической модели, описывающей динамическое поведение наноспутника на орбите, и синтезе умных алгоритмов вождения, обеспечивающих необходимую производительность для позиционирования наноспутников на орбите. Теоретическое значение имеет разработка нового решения для повышения эффективности алгоритмов управления позиционированием спутников. Прикладная ценность работы заключается в: 1) разработке алгоритмов ориентации наноспутников на основе реактивных колес; 2) алгоритм управления ориентацией наноспутника TUMnanoSAT; 3) разработка платформы обработки и анализа данных процесса позиционирования наноспутников с целью повышения показателей качества. Реализация научных результатов заключается в использовании моделей и систем, разработанных для наноспутника «TUMnanoSAT» в рамках Центра космических технологий ТУМ. Прикладная ценность работы подтверждается и актом внедрения полученных результатов.