لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله، مود آرام سازی سه محوره سرعت زاویه ای یک ماهواره در بستر نرم افزار و سخت افزار در حلقه، با عملگر مغناطیسی طراحی و پیاده سازی شده است. در این راستا، مدل میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ هلمهولتز ایجاد شده و ماهواره با جانمایی روی میز سه درجه آزادی، در میدان مغناطیسی معادل موقعیت مداری قرار می گیرد. الگوریتم کنترلی که بر روی برد پردازشی پیاده سازی شده، با اندازه گیری میدان مغناطیسی و تغییرات آن، اقدام به تحریک عملگرهای مغناطیسی نموده، از تعامل دو میدان مدار و میدان تولیدی عملگر، نهایتاً گشتاور ترمزی ایجاد شده و سرعت زاویه ای مستهلک می شود. ملاحظات و محدودیت های عملی ویژه ای، از جمله عدم همزمانی کارکرد عملگر و حسگر مغناطیسی، غلبه گشتاور تولیدی بر اصطکاک میز و اندازه سرعت زاویه ای اولیه در پیاده سازی مورد توجه بوده که در نرم افزار درحلقه نیز لحاظ شده است. با شناسایی مدل اغتشاشی میز، نتایج نرم افزار و سخت افزار در حلقه با یکدیگر مقایسه شده که علاوه بر تطابق زیاد نتایج، نشانگر توانمندی این بستر در استهلاک سرعت زاویه ای است.

در این مقاله سناریوی تصویربرداری به صورت استریو توسط یک ماهواره سنجش از دور بیان می شود. سپس به منظور انجام مانورهای مورد نیاز جهت اجرای این سناریو توسط ماهواره، یک سیستم کنترل وضعیت مناسب برای انجام مانورهای زاویه بزرگ و با استفاده از 4 چرخ عکس العملی با ساختار هرمی طراحی می شود. این سیستم کنترل وضعیت به گونه ای طراحی می شود که قابلیت نشانه روی به سمت مرکز زمین و انجام مانورهای سریع و حفظ وضعیت مناسب ماهواره برای اخذ تصاویر مختلف از یک منطقه مشخص و از زوایای گوناگون را برای ماهواره فراهم آورد. سپس یک بستر سخت افزار در حلقه (Hardware in The Loop) جهت تست عملکرد سیستم کنترل وضعیت طراحی شده، ارائه می شود. این بستر سخت افزاری، قابلیت تست الگوریتم های کنترل وضعیت را به صورت زمان حقیقیو در یک بستر سخت افزاری، فراهم می آورد. در این بستر، مدل سازیبلادرنگ دینامیک ماهواره، اغتشاشات محیطی وارد بر آن و مدل دقیق چرخ های عکس العملی و حسگرهای ژیروسکوپ در کامپیوتر شبیه ساز انجام می شود و عملکرد الگوریتم کنترل وضعیت طراحی شده برای تحقق ماموریت تصویربرداری استریو، به صورت زمان حقیقی بررسی می شود.

طراحی و پیاده سازی بستر آزمون سخت افزار در حلقه کنترل وضعیت ماهواره ها به همراه نتایج تجربی و ملاحظات عملی در این مقاله ارائه شده است. یک مجموعه ی سخت افزاری شامل میز سه درجه آزادی، سیم پیچ هلمهولتز، شبیه ساز پرتوهای خورشیدی، شبیه ساز مدار، عملگرهای چرخ عکس العملی، گشتاوردهنده مغناطیسی، حسگرهای ژیروسکوپ، خورشید، جی پی اس، AHRS، مغناطیس سنج و بورد الکترونیکی پردازشی، طراحی و راه اندازی شده است. به علاوه، پایش برخط وضعیت و موقعیت ماهواره در نرم افزار های LabVIEW و Celestia، تبادل رادیویی داده ها، طراحی بسته باتری و بورد توزیع توان الکتریکی از فعالیت های مکمل، برای ارتقاء بستر بوده است. سناریوها و مودهای عملیاتی در قالب الگوریتم های نرم افزاری، در بستر آزمون ارزیابی می شود. نتایج تجربی این بستر در آزمون آرام سازی توانسته سرعت زاویه ای اولیه را به سرعت الزام کمتر از 3/0 درجه برثانیه در سه محور برساند. امکان اعمال گشتاور اغتشاشی متناسب با موقعیت ماهواره، امکان آزمون پیشرانش بدون مخزن و سیستم پرفشار، ارتباط برخط میز و نمایشگرها و ساختار بهینه هلمهولتز نوآوری هایی هستند که این بستر را از نمونه های مشابه متمایز می کند.

برخی از اجسام پرنده بنا به دلایلی فاقد ارابه فرود می باشند که این عملکرد منجر به استفاده از لانچر ها برای این دسته از اجسام گردیده است. به علت قرار گیری جسم بر روی این سازه پیش از فاز پرتاب نیروهایی بر این سازه اعمال می گردد که منجر به تغییر شکل اندکی در سازه می شود. گاها اجسام قرار گرفته بر روی این لانچر ها در فاز پرتاب نیازمند حفظ زاویه دقیق پرتاب هستند فلذا نباید تغییر شکل الاستیک لانچر بیش از حد مجاز گردد از این رو تحلیل میزان جابه جایی و تغییر شکل لانچر اهمیت می یابد، از طرفی برای بهره گیری از مواد مناسب برای ساخت لانچر اهمیت بسزایی داشته بنابراین اطلاع از نحوه توزیع تنش در سازه آن در اثر بارگذاری مهم می نماید. برای طی این روند 2 راه وجود دارد که راه اول آن ساخت سازه ای تجربی و تست تجربی آن است که در صورت وقوع اشتباه در انتخاب ماده یا شکل سازه بسیار هزینه بر است و راه دوم انجام تحلیل های مهندسی در نرم افزار هایی چون آباکوس و انسیس می باشد که پس از اطمینان از عملکرد سازه، ساخته شده و مورد تست نهایی قرار می گیرد. ما در این پژوهش بر آن شدیم تا به طراحی لانچری با تناسب نیاز صنعت پرداخته و با انجام تحلیل های مهندسی و ساخت نمونه آن به تست تجربی سازه مورد نظر پرداخته و در نهایت به بیان تفاوت میان تحلیل های نرم افزاری و تست تجربی آن پرداخته شده است.