Precision attitude control of flexible space structure by adaptive real-time control is addressed in this paper. A ground experimental model is developed for verification of the stabilization strategy using an adaptive control technique. The experimental set up simulates planar motion of flexible space structure as a coupled hybrid dynamics of rigid body pitching motion and flexible vibration. The adaptive notch filter and adaptive controller with the neural network, which updates filter and controller parameters continuously from the sensor measurement, are implemented in the real-time framework for the attitude control. For the control of high frequency structural modes or external disturbances, a high authority control (HAC), by the least mean squares (LMS) algorithm in conjunction with the adaptive notch filter, is applied to the flexible spacecraft model. The principal purpose of this study is, therefore, to apply the adaptive control algorithm to investigate feasibility of practical implementation. By the experimental study, it was shown that the adaptive controller successfully stabilizes the uncertain and it accurately controls the attitude of flexible space structure.
이 논문의 목표는 적응제어기를 이용하여 유연 우주비행체의 정밀 자세제어를 위한 것이다. 유연 우주 비행체 모델로 우주구조물 모델, 발사체 모델, 외팔보를 가진 인공위성 모델, 길이가 변하는 우주 로봇 시스템을 다루었다. 발사체 모델과 인공위성모델은 지상시험장치가 제작되었으며 자세제어를 위한 적응제어기를 설계하여 그 성능을 검증하였다. 실험장치는 강체모드 뿐만 아니라 유연 진동모드가 같이 나타나도록 설계하였다. 적응노치 필터와 적응자세제어기로서 신경망 제어기와 예측제어기를 설계하였으며 실시간 제어기 파라미터 추정을 사용하여 실제 실험에 적용하였다. 특히 적응노치 필터는 우주 비행체의 고유진동수나 외란 신호를 추정하기위해 다중모드블록형태로 배치하여 연산시간을 줄여주었다. 이 적응노치필터를 이용해 하나의 센서로부터 강체 신호와 진동 또는 외란신호를 분리할 수 있다. 고주파 진동모드나 외란을 제어하기 위해 적응노치필터를 이용한 최소자승법을 적용하였다. 이 연구를 통해 제안된 적응알고리즘을 실제 시스템에 적용하기 위한 타당성을 검증하였다. 실험연구를 통하여 제안된 적응노치필터와 신경망제어기, 예측제어기와 같은 정밀 자세제어를 위한 적응제어기는 유연 우주비행체를 제어하는데 있어서 불안정성을 보상해주며 모델에 불학실성이 있을 경우 효과적으로 시스템의 제어성능을 향상시킴을 알 수 있다. 예측제어기를 이용해 길이가 변하는 우주로봇의 끝단을 정밀 제어하기 위해서도 모델의 오차가 있을 경우 적응노치필터를 이용해 제어기의 안정성을 확보할 수 있었다.
