Smooth attitude guidance planning system to reduce effects of internal disturbances

The internal disturbances, including the jitter torques due to the reaction wheel imbalances and the torques due to the vibrations of the flexible modes of the appendages are taken into consideration to create a model for a guided tracking controller with an active disturbance rejection. The trajectory for the maneuver is planned using a higher order polynomial interpolation which while aids in providing a smooth path, also ensures an op- timized control effort from the actuators and a minimum maneuver time. The use of the polynomial functions for the planning phase also adds a level of sim- plicity in implementation and understanding which ensures faster computations for a dynamic guidance controller. The required resultant control torques are estimated from the polynomial spline using inverse dynamics based on the kine- matics of the satellite and its inertial properties. This pre-planned trajectory is used as a feed forward input for tracking which is carried out taking into account, the system uncertainties due to jitter dynamics, and flexible dynamics specifically for the case of large satellites. Tracking of the trajectory are studied in depth with a proportional derivative controller with feed forward input of the planned trajectory and an open loop feed forward of the control torques from the planning phase, thereby overcoming sluggish dynamics and delays without jeopardizing stability. The Guidance in a Loop (GiL) controller has thus been implemented for a continuous tracking of the satellite to the planned trajectory thereby satisfying the boundary conditions. This thesis takes into account the disturbances originating internally but focusing primarily on the jitter disturbances which when coupled with vari- ous sources, creates a wobble that can destabilize the pointing of the satellite. An Extended State Observer is implemented to understand the range of distur- bances acting under each case in order to provide an active disturbance rejection after having applied the guided controller. Thus a simple and straightforward Active Disturbance Rejection with an Active Tracking scheme has been estab- lished during the course of this thesis.

I disturbi interni, inclusi i momenti di jitter dovuti alla ruota di reazione squilibri e le coppie dovute alle vibrazioni dei modi flessibili del le appendici vengono prese in considerazione per creare un modello per un tracciamento guidato controller con un rifiuto di disturbo attivo. La traiettoria per la manovra è pianificata usando un polinomio di ordine superiore interpolazione che, sebbene aiuti a fornire un percorso regolare, garantisce anche un sforzo di controllo temporizzato dagli attuatori e tempo minimo di manovra. Il l'uso delle funzioni polinomiali per la fase di pianificazione aggiunge anche un livello di plicità nell'implementazione e nella comprensione che garantisce calcoli più rapidi per un controller di guida dinamico. Le coppie di controllo risultanti richieste sono stimato dalla spline polinomiale usando la dinamica inversa basata sul Matematica del satellite e delle sue proprietà inerziali. Questa traiettoria pre-programmata viene utilizzato come input feed forward per il tracking che viene effettuato prendendo in conto, le incertezze del sistema dovute a dinamiche di nervosismo e dinamiche flessibili specificamente per il caso di grandi satelliti. Monitoraggio della traiettoria sono studiati in profondità con un controller derivativo proporzionale con ingresso feed forward del traiettoria pianificata ed avanzamento a ciclo aperto in avanti delle coppie di controllo da la fase di pianificazione, superando così le dinamiche lente e ritardi senza compromettendo la stabilità. Il controller Guidance in a Loop (GiL) è stato così implementato per un tracciamento continuo del satellite alla traiettoria pianificata soddisfacendo in tal modo le condizioni al contorno. Questa tesi prende in considerazione i disturbi originati internamente ma concentrandosi principalmente sui disturbi del jitter che, se accoppiati a fonti esterne, crea una oscillazione che può destabilizzare il puntamento del satellite. Un Extended State Observer è implementato per comprendere la gamma di disturbi bance che agiscono sotto ciascun caso al fine di fornire un rifiuto di disturbo attivo dopo aver applicato il controller guidato. Quindi un semplice e diretto Il rigetto di disturbo attivo con uno schema di tracciamento attivo è stato nel corso di questa tesi.