Architectural study, prototyping and testing of a magnetic torquer driver for low orbit satellite attitude control

The subject of the thesis is the miniaturization of a specific module of the Attitude Control System which has the task of controlling the attitude of the satellite through the use of magnetic torquer, regulating the electric current that flows in them. The new configuration resulting from this study improves the state of the art, allowing the manufacturer to save on area and costs, and simplifies the stability control. Given the basic information on the context, i.e. rudiments on the Earth's magnetic field and on the attitude determination and control system, the state of art is described. The two circuits in use today are studied in detail, to understand the basic logic to be applied in the design phase. Subsequently, various solutions are proposed to miniaturize the driver; these solutions are then compared with the existing ones, in order to define which configuration to develop. A total of five configurations are evaluated, which differ in the type of converter and control implemented. The selected design is then described in detail, explaining its operation block by block. To conclude, the simulation results are compared to the tests carried out on the physical board to verify that the circuit works correctly.

Oggetto della tesi è la miniaturizzazione di uno specifico modulo dell'Attitude Control System che ha il compito di controllare l’assetto del satellite tramite utilizzo di magnetic torquer, regolando la corrente elettrica che fluisce in essi. La nuova configurazione risultante da questo studio migliora lo stato dell'arte, consentendo al produttore di risparmiare su area e costi, e semplifica il controllo di stabilità. Date le informazioni di base sul contesto, ovvero rudimenti sul campo magnetico terrestre e sul sistema di determinazione e controllo di assetto, viene descritto lo stato dell'arte. I due circuiti ad oggi in uso sono studiati nel dettaglio, per comprendere la logica di base da applicare in fase di progettazione. Successivamente vengono proposte diverse soluzioni per miniaturizzare il driver; tali soluzioni sono quindi confrontate con quelle esistenti, in modo da definire la configurazione da sviluppare. Vengono valutate in totale cinque configurazioni, che differiscono per tipo di convertitore e di controllo implementato. Il design selezionato viene quindi descritto nel dettaglio, spiegandone il funzionamento blocco per blocco. Per concludere i risultati della simulazione sono comparati ai test effettuati sulla scheda fisica per verificare che il circuito funzioni correttamente.