In the paper, a robust control mechanism is presented to maneuver a flexible spacecraft with the deflection reduction during large slewing operation at the same time. For deflection reduction and maneuvering of the flexible spacecraft, a control mechanism is developed with the application of stochastic optimal sliding-mode control, a linear tracking model and input shaping technique. A start-coast-stop maneuver is employed as a slewing strategy. It is shown that the control mechanism with he strategic maneuver results in better performance and is more efficient than rigid-body-like maneuver, by applying to the Spacecraft Control Laboratory Experiment (SCOLE) system in a space environment.
The influence of torsional rigidity of hinged flexible appendage on the linear dynamics of flexible spacecrafts with liquid on board was analyzed by considering the spacecraft's main body as a rigid tank, its flexible appendages as two elastically supported elastic beams, and the onboard liquid as an ideal liquid. The meniscus of the liquid free surface due to surface tension was considered. Using the Lagrangian of the spacecraft's main body (rigid tank), onboard liquid, and two beams (flexible appendages) in addition to assuming the system moved symmetrically, the coupled system frequency equations were obtained by applying the Rayleigh-Ritz method. The influence of the torsional rigidity of the flexible appendages on the spacecraft's coupled vibration characteristics was primary focus of investigation. It was found that coupled vibration modes especially that of appendage considerably changed with torsion spring parameter ${\kappa}_t$ of the flexible appendage. In addition, variation of the main body displacement with system parameters was investigated.
A constraint equation-based control law design for large angle attitude maneuvers of flexible spacecraft is addressed in this paper The tip displacement of the flexible spacecraft model is prescribed in the form of a constraint equation. The controller design is attempted in the way that the constraint equation is satisfied throughout the maneuver. The constraint equation leads to a two-point boundary value problem which needs backward and forward solution techniques to satisfy terminal constraints. An observer-based tracking control law takes the constraint equation as the input to the dynamic observer. The observer state is used in conjunction with the state feedback control law to have the actual system follow the observer dynamics. The observer-based tracking control law eventually turns into a stabilized system with inherent nature of robustness and disturbance rejection in LQR type control laws.
This paper describes dynamic analysis and attitude control of a large spacecraft with flexible appendages in gravitational field. The effect of attitude control and vibration control of flexible appendages in gravitational field has been clarified. We demonstrate some simulations in gravitational field for some cases, and suggest the effects of gravitational torque, parameters of flexible appendages, attitude control and vibration control of flexible appendages.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.2
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pp.184-194
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2016
In existing identification methods for on-orbit spacecraft, such as eigensystem realization algorithm (ERA) and subspace method identification (SMI), singular value decomposition (SVD) is used frequently to estimate the modal parameters. However, these identification methods are often used to process the linear time-invariant system, and there is a lower computation efficiency using the SVD when the system order of spacecraft is high. In this study, to improve the computational efficiency in identifying time-varying modal parameters of large spacecraft, a faster recursive algorithm called fast approximated power iteration (FAPI) is employed. This approach avoids the SVD and can be provided as an alternative spacecraft identification method, and the latest modal parameters obtained can be applied for updating the controller parameters timely (e.g. the self-adaptive control problem). In numerical simulations, two large flexible spacecraft models, the Engineering Test Satellite-VIII (ETS-VIII) and Soil Moisture Active/Passive (SMAP) satellite, are established. The identification results show that this recursive algorithm can obtain the time-varying modal parameters, and the computation time is reduced significantly.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.1
no.2
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pp.105-114
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2000
An output feedback control (OFC) is presented for a linear stochastic system with known disturbance and applied to a flexible spacecraft for the reduction of residual vibration while allowing the natural deflection during operation. By converting the tracking problem into regulator problem, the OFC minimizes the expected value of a guadratic objective function composing of error stats which always remain on the intersection of sliding hypersurfaces. For the numerical evaluation with a flexible spacecraft, a large slewing maneuver strategy is devised with a tracking model for nominal trajectory and start-cost-stop strategy for economical maneuver in conjunction with the input shaping technique. The performance and efficacy of the proposed control scheme are illustrated with the comparison of different maneuver strategies.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.1
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pp.99-109
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2003
Attitude control law synthesis for the three-axis attitude maneuver of a flexible spacecraft model is presented in this study. The basic idea is motivated by previous works for the extension into a more general case. The new case includes gravitational gradient torque which has significant effect on a wide range of low earth orbit missions. As the first step, the fully nonlinear dynamic equations of motion are derived including gravitational gradient. The control law design based upon the Lyapunov approach is attempted. The Lyapunov function consists of a weighted combination of system kinetic and potential energy. Then, a set of stabilizing control law is derived from the basic Lyapunov stability theory. The new control law is therefore in a general form partially validating the previous work in some sense.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.602-608
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2002
The flexible structure like solar array and antenna in spacecraft shows very sensitive responses to the inner or outer disturbance and noise. And the spacecraft becomes more complex and larger as it has various mission and role. But since the spacecraft need to have the limited mass, the thin and light material should be selected and this necessity induces the decrease d natural frequency and structural stiffness. It reduces the ability of adapting to the disturbance and induces the structural unstability. Certainly, the disturbance does not only make the structural unstability, but also give the bad effect to the precise attitude control. So it is necessary to control the vibration in the space. In this paper, the flexible structure control modeling with piezo sensor and piezo actuator is developed. The model uncertainty of damping ratio is overcome by robust control. The system equation is induced by the finite element method.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.10a
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pp.182-186
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1996
Control of flexible spacecraft is investigated. GA(Genetic Algorithm) based Fuzzy Logic Controller is designed to implement for the attitude control of flexible satellite. The results obtained by employing GA based FLC are compared with those by FLC. It shows much shorter settling time and smaller tip mass oscillation.
The coupled free vibration of flexible structures and on-board liquid in zero gravity space was analyzed, considering the spacecraft main body as a rigid mass, the flexible appendages as two elastic beams, and the on-board liquid as a "spring-mass" system. Using the Lagrangians of a rigid mass (spacecraft main body), "spring-mass" (liquid), and two beams (flexible appendages), as well as assuming symmetric motion of the system, we obtained the frequency equations of the coupled system by applying Rayleigh-Ritz method. Solving these frequency equations, which are governed by three system parameters, as an eigenvalue problem, we obtained the coupled natural frequencies and vibration modes. We define the parameter for evaluating the magnitudes of coupled motions of the added mass (liquid) and beam (appendages). It was found that when varying one system parameter, the frequency curves veer, vibration modes exchange, and the significant coupling occurs not in the region closest to the two frequency curves but in the two regions separate from that region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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