Active balancing systems for rotating orbital devices

Future space missions increasingly rely on payloads whose operation will require them to rotate with respect to the platform. The behaviour of these systems can be severely affected by the force and torque arising at the interface point from unpredictable inertial asymmetries of the rotating device. Therefore, a suitable mechanism to counteract unbalance effects must be envisaged. The purpose of this thesis is to model rotating orbital devices and to design an active balancing system made by a set of movable masses and sensors, where a control law assigns the position of the masses in order to cancel the rotor unbalance. The control law design explores different solutions, based on Harmonic Control theory, which are evaluated in terms of performance and robustness for the specific application in a simulation environment.

Le future missioni spaziali si basano sempre più su carichi paganti il cui funzionamento richiederà loro di ruotare rispetto alla piattaforma. Il comportamento di questi sistemi può essere gravemente influenzato dalle forze e dalle coppie, agenti nel punto di interfaccia, derivanti da asimmetrie inerziali imprevedibili del dispositivo rotante. Pertanto è necessario prevedere un sistema adeguato per contrastare gli effetti di squilibrio. Lo scopo di questa tesi è quello di modellare i dispositivi orbitali rotanti e progettare un sistema di bilanciamento attivo costituito da un insieme di masse mobili e sensori, in cui una legge di controllo assegna la posizione delle masse al fine di annullare lo squilibrio del rotore. Il design della legge di controllo esplora diverse soluzioni, basate sulla teoria del controllo armonico, che vengono valutate in termini di prestazioni e robustezza per la specifica applicazione in un ambiente di simulazione.