유연모드를 가진 인공위성의 자세제어를 위한 동역학 모델링 및 반작용휠 제어기 설계

DYNAMIC MODELING AND REACTION WHEEL CONTROLLER DESIGN FOR FLEXIBLE SATELLITE AOCS

본 연구에서는 유연모드를 고려한 위성체 모델링 방법들을 소개하고, 이에 따라 3축 안정화 위성의 유연모드를 모델링하였다. 이 모델을 강체에 대해 설계되었던 반작용휠을 이용한 자세제어루프에 적용하였다. 본 연구에서는 유한요소모델이 완성되기 전 단계에서 집합모드모델 중 전역모드모델을 이용하는 것을 제안하였고, 이를 유한요소법을 이용하여 계산된 모델과 제어기 필터 설계의 관점에서 비교하였다. 새로운 유연모드가 적용됨에 따라 제어기 요구조건을 만족시키기 위한 필터가 필요하여 반작용휠의 모터제어기 루프와 축제어기 루프에 각각 1차 필터를 설계하여 추가하였다. 제어루프 설계 및 시뮬레이션을 위해 MATLAB/Simulink를 사용하였다.

In this study, a few of the modeling methods for flexible spacecraft were introduced and adopted to the modeling of a 3-axes stabilization satellite. The generated model was put into pre-built rigid body attitude control loop. A Lumped Parameter Model(Global Mode Model: GMM) was recommended for the absence of the Finite Element Method(FEM) model. Finally, GMM was compared with FEM in terms of designing a control filter. A 1st-order filter was designed to meet requirements of the controller since the new flexible model was applied, and that filter was added to motor controller and axis controller. MATLAB/Simulink was used as a tool for design and simulation of the control loop and filter.