In this paper, the 𝐻∞ sub-optimal controller was designed to evaluate the performance and robustness of the controller in discrete time for satellites with flexible structures of hinge, considering uncertainties of MOI and torque applied on satellite body. Actual satellites are affected by the vibrations of solar panels caused by various complex factors such as control frequency and uncertainty of MOI during attitude control maneuvers, resulting in reduced control stability and accuracy. In this study, the 𝐻∞ controller was designed using loop shaping techniques and mixed sensitivity design to properly control it. Furthermore, the problem of control failure arising from the inadequate updating of the state vector of the discrete-time 𝐻∞ controller due to actuator saturation and uncertainties in the torque acting on the satellite has been solved. Meanwhile, by applying PWM technique to a RCT capable of generating only a single output level, a pseudo-linear output was generated. An algorithm was designed to implement three-axis control torque by considering the direction and arrangement of the RCTs. Through this, the performance and fuel efficiency of the controller were evaluated. Through this research, it was confirmed that the 𝐻∞ controller exhibits not only robustness and responsiveness in the attitude control of flexible structure satellites with various uncertainties but also demonstrates good performance in fuel consumption stability.
본 논문에서는 힌지의 유연구조를 가정한 위성 모델에 대해 MOI와 위성에 작용하는 토크의 불확실성에 강인한 𝐻∞ 준 최적 제어기를 설계하여 이산시간에서 그 성능을 평가하였다. 실제 위성은 자세제어 기동시 제어 주파수, MOI의 불확실성 등 여러 복합적 요인으로 발생된 태양광 패널 진동으로 인해 제어 안정성과 정확도가 감소한다. 본 연구에서는 이를 적절히 제어하기 위해 혼합감도 설계와 가중함수를 통한 루프성형 기법을 사용하여 𝐻∞ 제어기를 설계하였다. 또한, 구동기 포화와 위성에 작용하는 토크의 불확실성으로 인해 이산 시간에서 설계된 𝐻∞ 제어기의 상태 벡터가 적절히 업데이트되지 않아 발생하는 제어 불가능의 문제를 해결하였다. 한편, 단일 추력 레벨만을 생성할 수 있는 추력기에 대해 PWM 기법을 적용하여 유사 선형적인 추력을 생성하였고 추력기의 방향과 배치를 고려하여 3축 제어 토크를 구현하는 알고리즘을 설계하였다. 이를 통해, 제어기의 수렴 성능과 연료 효율성을 평가하였다. 본 연구를 통해 𝐻∞ 제어기는 유연구조 위성과 MOI의 불확실성이 존재하는 위성의 자세 제어에서 강인성과 응답성뿐만 아니라 연료 소모에서도 안정적인 성능을 보여준다는 것을 확인하였다.
