Park, Han-Earl;Park, Sang-Young;Park, Chandeok;Kim, Sung-Woo
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.30
no.1
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pp.1-10
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2013
An integrated orbit and attitude control algorithm for satellite formation flying was developed, and an integrated orbit and attitude software-in-the-loop (SIL) simulator was also developed to test and verify the integrated control algorithm. The integrated algorithm includes state-dependent Riccati equation (SDRE) control algorithm and PD feedback control algorithm as orbit and attitude controller respectively and configures the two algorithms with an integrating effect. The integrated SIL simulator largely comprises an orbit SIL simulator for orbit determination and control, and attitude SIL simulator for attitude determination and control. The two SIL simulators were designed considering the performance and characteristics of related hardware-in-the-loop (HIL) simulators and were combined into the integrated SIL simulator. To verify the developed integrated SIL simulator with the integrated control algorithm, an orbit simulation and integrated orbit and attitude simulation were performed for a formation reconfiguration scenario using the orbit SIL simulator and the integrated SIL simulator, respectively. Then, the two simulation results were compared and analyzed with each other. As a result, the user satellite in both simulations achieved successful formation reconfiguration, and the results of the integrated simulation were closer to those of actual satellite than the orbit simulation. The integrated orbit and attitude control algorithm verified in this study enables us to perform more realistic orbit control for satellite formation flying. In addition, the integrated orbit and attitude SIL simulator is able to provide the environment of easy test and verification not only for the existing diverse orbit or attitude control algorithms but also for integrated orbit and attitude control algorithms.
In this study, a Hardware-In-the-Loop (HIL) simulator using thrusters is developed to validate the spacecraft attitude system. To control the attitude of the simulator, eight cold gas thrusters are aligned with roll, pitch and yaw axis. Also linear actuators are applied to the HIL simulator for automatic mass balancing to compensate the center of mass offset from the center of rotation. The HIL simulator consists of an embedded computer (Onboard PC) for simulator system control, a wireless adapter for wireless network, a rate gyro sensor to measure 3-axis attitude of the simulator, an inclinometer to measure horizontal attitude, and a battery set to supply power for the simulator independently. For the performance test of the HIL simulator, a bang-bang controller and Pulse-Width Pulse-Frequency (PWPF) modulator are evaluated successfully. The maneuver of 68 deg. in yaw axis is tested for the comparison of the both controllers. The settling time of the bang -bang controller is faster than that of the PWPF modulator by six seconds in the experiment. The required fuel of the PWPF modulator is used as much as 51% of bang-bang controller in the experiment. Overall, the HIL simulator is appropriately developed to validate the control algorithms using thrusters.
The ground-based spacecraft simulator is a useful tool to realize various space missions and satellite formation flying in the future. Also, the spacecraft simulator can be used to develop and verify new control laws required by modern spacecraft applications. In this research, therefore, Hardware-in-the-loop (HIL) simulator which can be demonstrated the experimental validation of the theoretical results is designed and developed. The main components of the HIL simulator which we focused on are the thruster system to attitude control and automatic mass-balancing for elimination of gravity torques. To control the attitude of the spacecraft simulator, 8 thrusters which using the cold gas (N2) are aligned with roll, pitch and yaw axis. Also Linear actuators are applied to the HIL simulator for automatic mass balancing system to compensate for the center of mass offset from the center of rotation. Addition to the thruster control system and Linear actuators, the HIL simulator for spacecraft attitude control includes an embedded computer (Onboard PC) for simulator system control, Host PC for simulator health monitoring, command and post analysis, wireless adapter for wireless network, rate gyro sensor to measure 3-axis attitude of the simulator, inclinometer to measure horizontality and battery sets to independently supply power only for the simulator. Finally, we present some experimental results from the application of the controller on the spacecraft simulator.
A spacecraft attitude control ground hardware simulator development is discussed in the paper. The simulator is called KT/KARI HILSSAT(Hardware-In-the Loop Simulator Single Axis Testbed), and the main structure consists of a single axis bearing and a satellite main body model on the bearing. The single axis tabel as ans experimental hardware simulator that evaluates performance and applicability of a satellite before evolving and/or confirming a mew or and old control logic used in the KOREASAT is developed. Attitude control of spaceraft by using reaction wheel is performed.
Kim, Do-Hee;Park, Sang-Young;Kim, Jong-Woo;Choi, Kyu-Hong
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.25
no.4
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pp.347-360
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2008
In this paper, a Hardware-In-the-Loop simulator to simulate attitude control of space craft using momentum wheels is developed. The simulator consists of a spherical air bearing system allowing rotation and tilt in all three axes, three momentum wheels for actuation, and an AHRS (Attitude Heading Reference System). The simulator processes various types of data in PC104 and wirelessly communicates with a host PC using TCP/IP protocol. A simple low-cost momentum wheel assembly set and its drive electronics are also developed. Several experiments are performed to test the performance of the momentum wheels. For the control performance test of the simulator, a PID controller is implemented. The results of experimental demonstrations confirm the feasibility and validity of the Hardware-In-the-Loop simulator developed in the current study.
Kim, Bong-Gyun;Park, Dae-Jin;Jeon, Hyeon-Wu;Lee, Sangchul
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.26
no.2
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pp.76-82
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2018
A test simulator is needed to develop a fuel quantity measurement system that takes into account the roll and pitch motion of the aircraft. In this paper, we develop a test simulator that consists of attitude simulation equipment, fueling equipment, and data storage equipment. The attitude simulation equipment simulates the aircraft attitude. It is manufactured to operate pitch angle and roll angle movement. The fueling equipment supplies fuel to the supplementary fuel tank. The data storage equipment collects and stores the measured data. We also develop an automation software that operates the test simulator and collects data automatically. The test simulator has been automated to prevent testers from being exposed to toxic fuel. Through automation software, the collection period is reduced by one quarter compared to manual collection. The developed fuel quantity measurement system is verified through the test simulator.
The objective of this study is to develope a satellite dynamic simulator, which can test and analyze the performance of spacecraft attitude control, antenna pointing instruments, communication equipments and spacecraft components under the space environment. The satellite simulator can be used to predict the events such as malfunction and failure of satellites in space during operation and can be used to protect against emergencies. At first, the performance test system of attitude control is investigated which can simulate motion and verify stability of spacecraft. Our system consists of an attitude control main processor and a sub-processor including some real hardwares such as attitude sensors and actuators. In this paper, we describe the procedure of designing and manufacturing the dynamic simulator hardware, which consists of the central processor board, the sub-processor board and the sun sensor, and also communication between the components.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.5
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pp.514-523
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2008
This paper presents a single-axis simulator developed to verify the attitude control algorithm of KAUSAT-2 satellite. Named KAUSatSIM, the simulator is composed of a single-axis rotation table using an air-bearing that simulates a frictionless environment, as well as sensors and momentum wheel that was used on KAUSAT-2. The simulator can be utilized for verification of KAUSAT-2 attitude control algorithm, development of new algorithms, and verification of performance. Tests were performed on the single-axis rotation simulator using the momentum wheel in order to verify the attitude control algorithm of KAUSAT-2. Satisfactory test results were obtained by designing a wheel controller that employs the proportional-derivative control method. In addition, a propulsion system was added and tested for development of a new satellite attitude control algorithm.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.4
no.1
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pp.75-87
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2003
The primary objective of this study is to demonstrate ground-based experiment for the attitude control of spacecraft. A two-axis rotational simulator with a flexible ann is constructed with on-off air thrusters as actuators. The simulator is also equipped with payload pointing capability by simultaneous thruster and DC servo motor actuation. The azimuth angle is controlled by on-off thruster command while the payload elevation angle is controlled by a servo-motor. A thruster modulation technique PWM(Pulse Width Modulation) employing a time-optimal switching function plus integral error control is proposed. An optical camera is used for the purpose of pointing as well as on-board rate sensor calibration. Attitude control performance based upon the new closed-loop control law is demonstrated by ground experiment. The modified switching function turns out to be effective with improved pointing performance under external disturbance. The rate sensor calibration technique by Kalman Filter algorithm led to reduction of attitude error caused by the bias in the rate sensor output.
SPICA(SPace Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics) is an infrared space observatory with cooled telescope of 3 m aperture. Because of its large aperture, near- and mid-infrared instruments onboard SPICA require fine guidance with attitude accuracy less than 0.1 arcsecond. The FPC-G is a focal plane camera to achieve this high attitude accuracy and KASI is leading its development. The SPICA project is now under the Risk Mitigation Phase 2 (RMP2) and one of major risks is to satisfy the requirement of pointing and attitude control. To assess the impacts of disturbance sources on the attitude control and devise methods to mitigate possible risks, a software simulator of the FPC-G is under the development. In this presentation, we report the status of development of the simulator and the development plan during the RMP2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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