This primary objective of this study is to demonstrate ground-based experiment for the attitude control of spacecraft. A two-axis rotational simulator with a flexible arm is constructed with on-off air thrusters and reaction wheel as actuation. The simulator is also equipped with payload pointing capability by simultaneous thruster and DC servo motor actuation. The experiment of spacecraft attitude control is per-formed using the thruster and the reaction wheel. First, using the thruster the azimuth angle is controlled by on-off thruster command while the payload elevation angle is controlled by a servo-motor. A thruster modulation technique PWM (Pulse Width Modulation) em-ploying a time-optimal switching function plus integral error control is proposed. An optical camera is used for the purpose of pointing as well as on-board rate sensor calibration. Attitude control performance based upon the new closed-loop control law is demonstrated by ground experiment. The modified switching function turns out to be effective with improved pointing performance under external disturbance. The rate sensor calibration technique by Kalman Filter algorithm led to reduction of attitude error caused by the bias in the rate sensor output. Second, using the reaction wheel the performance of the PID and the three proposed neural network controllers is illustrated by simulation and experimental results for a two-axis rotational simulator.
이 논문의 목표는 인공위성 자세제어를 위한 지상 자세 제어 실험장치를 구현하여 제어기를 설계 시험하는 것이다. 유연 외팔보를 가진 2축 회전 시뮬레이터가 제작되었으며 구동기로는 압축공기로 작동되는 추력기와 반작용 휠을 사용한다. 시뮬레이터는 추력기와 DC서보 모터에 의한 2축 목표지향을 위한 카메라가 탑제되어 있다. 인공위성 자세제어 실험은 추력기와 반작용 휠을 각각 사용하여 실험하였다.
추력기 제어 실험의 경우 추력기를 이용한 방위각 제어와 서보 모터에 의한 카메라의 고각 제어가 수행되었다. 최단 시간 스위칭 함수를 포함한 PWM변조 방식에 오차 적분항을 추가한 제어기가 추력기 제어를 위해 사용되었다. 탑제된 카메라는 목표물 지향을 위해 사용되며 또한 칼만 필터를 이용해 각속도 센서를 보정하기 위해 사용된다. IPWM 추력기 제어기의 성능이 지상 실험장치를 통해 검증되었다. 그 결과 외란이 있는 환경에서 지향 정밀도가 향상되었으며, 연료 절감 효가 또한 향상 돠었다. 반작용 휠 구동기 실험의 경우 기존 제어기인 PID와 신경망 제어기를 사용해 실험하였으며 그 결과 신경망 제어기가 비선형과 외란이 있는 환경에서 그 성능이 향상 됨을 지상실험을 통해 확인할 수 있었다.
