Wie kann man einen Steueralgorithmus für die Lageregelung von Raumfahrzeugen auswählen/entwerfen?

Steueralgorithmen werden auf Raumfahrzeugen verwendet, um Reaktionsräder, RCS-Triebwerke und andere Stellglieder zu betreiben. Da die häufigsten Controller, auf die ich gestoßen bin, der PID- und der Quaternion-Fehlerbefehl sind. Welche Parameter müssen bei der Auswahl eines Lagereglers für Raumfahrzeuge berücksichtigt werden? Wie erfolgt der Trade-Off zwischen verschiedenen Controllern und wie werden diese optimiert?

Können Sie bitte "PID- und Quaternion-Fehlerbefehl" definieren?
PID steht für Proportional Integral und Differential Control Law. Soweit ich weiß, ist es der am häufigsten verwendete Controller. Das Quaternion-Fehlerbefehlsgesetz wird in "Spacecraft Dynamics and Control" von Marcel J Sidi erklärt.
Eine teilweise verwandte Frage: space.stackexchange.com/questions/5231/…
Diese Frage würde einen guten Text über optimale Kontrolle (wie Kirk) benötigen, um sie zu beantworten. Welche Arbeit haben Sie bisher in die Untersuchung dieses Problems gesteckt?
@OrganicMarble könnte die Antwort nur die relativen Vorzüge der PID- und Quaternion-Methoden ansprechen?
@OrganicMarble Ich habe Simulationen sowohl mit der PID- als auch mit der Quaternion-Methode durchgeführt und bin auf verschiedene andere Methoden der optionalen Steuerung gestoßen, aber ich habe keine solide Möglichkeit gefunden, einen Kompromiss zwischen diesen Methoden einzugehen

Antworten (1)

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und habe am College Kurse über Raumfahrzeugnavigation und Steuerungstheorie belegt. Ich habe jedoch in meiner Arbeit keinen Lageregler für Raumfahrzeuge programmiert, und ich kann nicht sagen, dass ich schon einmal von einem "Quaternion Error Command" -Regler gehört habe.

Dies sind jedoch die Überlegungen, die ich bei der Auswahl eines Controllers spontan anstellen würde:

  • ist der Controller schon bekannt? Es gibt viel Tradition, und wenn wir in einer Firma von anständiger Größe sind, haben wir vielleicht bereits Experten für einige Controller-Typen. Die daraus resultierende Zeit- und Kostenersparnis ist nicht zu übersehen.

  • Ist der Controller stabil? Ist es angesichts erwarteter Störungen und der Steuerungs- und Umgebungsmodelle, die Sie für Ihr Raumfahrzeug haben, nachweislich stabil? Die Lageregelung von Raumfahrzeugen erfordert fast immer Treibstoff, und wo dies nicht der Fall ist, erfordert sie Leistung und neigt dazu, gesättigt zu werden. Stabilität war eines der Hauptanliegen des Controls-Kurses, an dem wir teilnahmen.

  • Welches Feedback braucht der Controller? (Es ist vermutlich ein geschlossener Regelkreis) Kann Ihre Raumfahrzeughardware eine ausreichende Rückmeldungstreue bieten, um die Stabilität aufrechtzuerhalten?

  • läuft der Controller unter den Hardwarebeschränkungen, die Sie haben? Läuft es noch mit dem Rest der Software, die Sie benötigen, damit das Raumschiff irgendetwas tun kann?

Für weitere Lektüre zu den Handelsstudien würde ich mich sofort an "Spacecraft Mission Analysis and Design" wenden, aber mein Exemplar ist in Arbeit.

"Wie werden sie optimiert" ist wirklich eine ganz andere Frage, die von dem von Ihnen ausgewählten Controller abhängt. In der Praxis ist es die Anwendung der Theorie, gefolgt von wiederholtem Optimieren der Controller-Parameter in Reaktion auf Simulation und (wenn Sie Glück haben) Flugdaten.

Wie kann man einen Steueralgorithmus für die Lageregelung von Raumfahrzeugen auswählen/entwerfen?
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