Predictive control technique is applied to the three-axis attitude control of spacecraft under persistent external disturbances. The principal idea of predictive control is to construct a priori reference trajectories of state variables or output vectors and then build con-trol commands so that the actual system follows the reference tra-jectories. The key objective of this paper is how to design a predic-tive controller and estimate the external disturbances simultane-ously for the three-axis attitude control under persistent external disturbances. Conventional predictive controller design approach has been partially modified in conjunction with disturbance identi-fication strategy. The convergence and stability are also discussed for the proposed design technique.
In the case of this study, the controlled variables are the spacecraft attitude parameter and body angular velocities. The attitude in-formation is represented with the quaternion parameters and the modified Rodrigues parameters, respectively. The attitude control simulation results are presented to prove this study and compared to the existent control law design method.
외란이 작용하고 있는 인공위성의 자세제어를 위하여 비선형 예측 자세제어 기법을 적용하였다. 인공위성에 작용하는 외란을 시스템 에너지를 최대화하려고 하는 변수로 가정하여, 상태변수와 출력 값으로 추정하였다. 동시에 추정한 외란을 고려하면서 인공위성 시스템의 에너지를 최소화하도록 하는 제어입력을 설계하였다. 이 과정에서 외란과 제어입력의 가중치 행렬을 상태변수, 출력오차 가중치 행렬, 적분간격 등으로부터 매순간 결정하도록 하였다. 이때 시스템의 수렴성과 안정성을 간단히 서술하였다.
시스템의 자세정보는 쿼터니언과 MRP, 두 개의 자세 파라미터로 표현하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 두 경우의 차이를 검토하였다. 또한 시뮬레이션 결과를 외란을 추정하지 않고 제어입력을 설계한 경우와 비교하여, 시스템이 기준궤적을 추종하는 성능이 개선되었음을 보였다.
