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Título: Implementação e análise de desempenho de algoritmos para estabilização da atitude em um simulador de pequenos satélites
Autor(es): Guerra, Guilherme Bertoldo
Orientador(es): Borges, Renato Alves
Assunto: Subsistema de determinação e controle da atitude (ADCS)
Simulação de sistemas
Satélites artificias
Data de apresentação: 17-Fev-2023
Data de publicação: 22-Mai-2024
Referência: GUERRA, Guilherme Bertoldo. Implementação e análise de desempenho de algoritmos para estabilização da atitude em um simulador de pequenos satélites. 2023. 89 f., il. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia Mecatrônica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.
Resumo: Simuladores de satélites estão entre os principais recursos disponíveis para projetar, validar e testar o hardware, o software e os aspectos funcionais de missões espaciais. Eles têm sido usados há décadas em conjunto de outros simuladores (simuladores de campo magnético, propagadores orbitais, etc.) para reproduzir as condições operacionais de um satélite no espaço e validar experimentalmente diferentes algoritmos e dispositivos, para isso são equi pados com diferentes sensores e atuadores (IMU, sensor solar, rodas de reação, atuadores magnéticos, entre outros). Neste contexto, este trabalho aborda os procedimentos necessários para a operação do simulador de pequenos satélites do Laboratório de Simulação e Controle de Sistemas Aeroespaciais, LODESTAR, da UnB. Ao longo deste processo, os diferentes subsistemas implementados são caracterizados de acordo com suas funcionalidades e modos operacionais. É dado um foco especial na análise e no desenvolvimento da estrutura acoplada ao rolamento à ar, resultando no desenvolvimento de uma nova placa de circuito impresso e adequações no hardware e software do sistema. Estas alterações foram necessárias para atender aos requisitos impostos pela implementação da atuação magnética na arquitetura do simulador. A partir da validação da atuação magnética, diferentes algoritmos de estabilização de atitude, responsáveis por amortecer as velocidades angulares de um corpo através de atuadores, podem ser implementados no simulador com o objetivo de analisar seus desempenhos em diferentes cenários. O B-dot é um desses algoritmos e utiliza a variação das leituras do campo magnético para determinar a lei de controle imposta sobre a atuação dos magnetorques. Já o S-dot é um caso geral, no qual qualquer sensor que forneça um vetor fixo em relação a um referencial inercial pode ser utilizado para determinar a lei de controle. Uma interface gráfica em tempo real e um filtro de Kalman também são adicionados ao simulador para auxiliar na análise e na comparação dessas formas de atuação magnética.
Abstract: Small satellites simulators are among the most important resources available for designing, validating and testing the hardware, software and functional aspects of space missions. They have been used for decades in conjunction with other simulators (magnetic field simulators, orbital propagators, etc.) to reproduce the operating condicions of a satellite in space and experimentally validate different algorithms and devices, for this they are equipped with dif ferent sensors and actuators (IMU, solar sensor, reaction wheels, magnetic actuators, among others). In this context, this work addresses the necessary procedures for the operation of the small satellite simulator at the Laboratory of Simulation and Control of Aerospace Systems, LODESTAR, at UnB. Throughout this process, the different implemented subsystems are characterized according to their functionalities and operational modes. A special focus is given to the analysis and development of the structure coupled to the air bearing test bed, resulting in the development of a new printed circuit board and adaptations in the hardware and software of the system. These changes were necessary to meet the requirements imposed by the implementation of magnetic actuation in the simulator architecture. After the validation of the magnetic actuation, different attitude stabilization algorithms, responsible for damping the angular velocities of a body through actuators, can be imple mented in the simulator in order to analyze their performance in different scenarios. B-dot is one of these algorithms and uses the variation of the magnetic field readings to determine the control law imposed on the magnetorques performance. The S-dot is a general case, in which any sensor that provides a fixed vector with respect to an inertial reference can be used to determine the control law. A real-time graphical interface and a Kalman filter are also added to the simulator to aid in the analysis and comparison of these forms of magnetic actuation.
Informações adicionais: Trabalho de conclusão de curso (graduação) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, 2023.
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