Układ sterowania manipulatorem satelitarnym wykorzystujący algorytm sterowania predykcyjnego

• Autorzy: Rybus T. , Seweryn K. , Sąsiadek J. Z.

Warianty tytułu

EN

Space manipulator control system based on predictive controller

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Awarie satelitów, chociaż rzadkie, występują pomimo uwzględnienia specyfiki środowiska kosmicznego na etapie projektowania urządzeń. Rozważane jest zastosowanie bezzałogowych pojazdów, które mogłyby przeprowadzać naprawy lub usuwać śmieci kosmiczne z orbity. Kluczowym etapem misji takiego pojazdu jest manewr przechwycenia, które można wykonać za pomocą manipulatora. W artykule przedstawiono koncepcję układu sterowania dla manipulatora satelitarnego. Układ ten złożony jest z modułu planowania trajektorii oraz modułu śledzenia trajektorii, który oparty jest na algorytmie sterowania predykcyjnego. Symulacje numeryczne przeprowadzone dla płaskiego układu z manipulatorem o dwóch stopniach swobody pokazały, że wyniki uzyskiwane z zastosowaniem sterowania predykcyjnego są porównywalne z wynikami uzyskiwanymi z zastosowaniem sterowania adaptacyjnego.

EN

Satellites are designed taking into account harsh conditions of orbital environment. However, the operational lifetime of a considerable number of satellites is shortened by malfunctions. It is considered to use unmanned satellites for on-orbit servicing and active space debris removal. The paper presents control system for free-floating space manipulator that can be used to perform orbital capture maneuvre. This system consists of two modules: trajectory planning module and trajectory realization module (based on Nonlinear Model Predictive Controller). Numerical simulations were performed for a simplified planar case with 2 DOF manipulator and predictive controller was compared with adaptive controller.

Słowa kluczowe

PL

manipulator; sterowanie manipulatorem; układ sterowania; algorytm sterowania; sterowanie predykcyjne; satelita; robotyka

EN

manipulator; manipulator control; control system; control algorithm; predictive control; satellite; robotics

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 195, t. 2
• Strony: 595--606
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Rybus T.

• Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, ul. Bartycka 18a, 00-716 Warszawa

autor

Seweryn K.

• Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, ul. Bartycka 18a, 00-716 Warszawa

autor

Sąsiadek J. Z.

• Carleton University, Ottawa, ON K1S 5B6, Kanada

Bibliografia

• [1] E.F. Camacho, C. Bordons. Model predictive control. 2nd ed.. London, Springer, 2007.
• [2] A. Ellery, J. Kreisel, B. Sommer. The case for robotic on-orbit servicing of spacecraft: spacecraft reliability is a myth. Acta Astronaut., 2008. Vol. 63, s. 632-648.
• [3] A. Flores-Abad, et al. A review of space robotics technologies for on-orbit servicing. Prog. Aerosp. Sci., 2014. Vol. 68, s. 1-26.
• [4] Handbook of space technology. Red. W. Ley, K. Wittmann, W. Hallmann. Singapore, Wiley, 2009.
• [5] J. L. Junkins, H. Schaub. An Instantaneous Eigenstructure Quasivelocity Formulation for Nonlinear Multibody. Dynamics. J. Astronaut. Sci., 1997. Vol. 45(3), s. 279-295.
• [6] E.G. Kaigom, T. J. Jung, J. Rossmann. Optimal Motion Planning of a Space Robot with Base Disturbance Minimization. In: 11th Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation (ASTRA'2011). Proceedings. Noordwijk, The Netherlands, 2011.
• [7] R. McCourt, C. W. De Silva. Autonomous robotic capture of .a satellite using constrained predictive control. IEEEIASME Trans. Mechatronics, 2006. Vol. 11 (6).
• [8] M. Oda. Summary of NASDAs ETS-VII robot satellite mission. J. Robot. Mechatron., 2000. Vol. 12 (4).
• [9] T. Rybus, K. Seweryn, J. Z. Sąsiadek. Control system for free-floating space manipulator based on Nonlinear Model Predictive Control (NMPC). J. Intell. Robot. Syst., 2016 (w druku).
• [10] T. Rybus, K. Seweryn, J. Z. Sąsiadek. Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) for free-floating space manipulator. In: Aerospace Robotics III, GeoPlanet: Earth and Planetary Sciences. Red. J. Z. Sąsiadek, 2016, Springer (w recenzji).
• [11] T. Rybus, K. Seweryn, J. Z. Sąsiadek. Trajectory optimization of space manipulator with non-zero angular momentum during orbital capture maneuver. In: AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. Proceedings. San Diego, USA, 2016.
• [12] T. Rybus, et al. Numerical simulations and analytical analysis of the orbital capture maneouvre as a part of the manipulator-equipped servicing satellite design. In: 17th International Conference on Methods and Models in Automation and Control (MMAR2012). Proceedings. Międzyzdroje, Poland, 2012.
• [13] K. Seweryn, M. Banaszkiewicz. Optimization of the trajectory of a general free-flying manipulator during the rendezvous maneuver. In: AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit. Proceedings. Honolulu, Hawaii, USA, 2008.
• [14] S. V., Shah, et al. Energy optimum reactionless path planning for capture of tumbling orbiting objects using a dual-arm robot. In: 1st International and 16th National Conference on Machines and Mechanisms. Proceedings. IIT Roorkee, India, 2013.
• [15] M. Shan, J. Guo, E. Gill. Review and comparison of active space debris capturing and removal methods. Prog. Aerosp. Sci., 2016. Vol. 80, s. 18-32.
• [16] S. Ulrich, J. Sasiadek. Modified simple adaptive control for a two-link space robot. In: IEEE American Control Conference. Proceedings. Baltimore, Maryland, USA, 2010.
• [17] D.M. Waltz. On-orbit Servicing of Space Systems. Malabar, Kriger, 1993.