In this thesis, we proposed a method of applying the stable embedding and the backstepping techniques to the attitude control of satellite represented in unit quaternions. Using the stable embedding technique, we extend the system dynamics defined on a manifold into the Euclidean space and design a backstepping based tracking controller for the satellite attitude on this extended system. We prove the Lyapunov stability of the proposed controller. Additionally, we propose a method of designing a controller that estimates and offsets the disturbance in the present of constant disturbance torque applied to the satellite, and a controller that reduces the influence of the gravity gradient disturbance torque through the direct adaptive control technique. Simulation results show that the proposed controllers achieve small tracking errors and are robust to disturbances for the rotational system like satellites and rigid bodies represented in unit quaternions.
본 논문에서는 단위 사원수로 표현된 위성의 자세 제어를 위하여 스테이블 임베딩 기법과 백스테핑 기법을 적용하는 방법을 소개한다. 이 방법은 다양체에서 정의된 제어 시스템을 스테이블 임베딩 기법을 이용하여 유클리드 공간으로 확장하고 확장한 시스템을 기반으로 하여 백스테핑 기법으로 위성 자세의 추적 제어기를 설계한다. 설계된 제어기는 리아프노프 안정성 해석 방법에 따라 수렴성이 확인되었다. 또한, 상수 외란 토크가 위성에 작용하는 경우 외란의 값을 매 순간 추정하여 상쇄시키는 제어 방법과 중력 경도 토크가 시스템에 외란으로 발생하는 경우 직접 적응 제어 기법을 통하여 해당 토크의 영향을 감소시키는 방법을 소개한다. 시뮬레이션 실험을 통하여 본 제어 방법들이 단위 사원수로 표현한 위성 혹은 강체의 회전 시스템에 대하여 적은 추적 오차를 성취하고 외란에 강건하다는 결과를 얻었다.
