Estimação das características de massa de mancais aerostáticos para aplicações espaciais

• Ano de defesa: 2014
• Autor(a) principal: Alexandre Macedo de Oliveira
• Orientador(a): Valdemir Carrara, Hélio Koiti Kuga
• Banca de defesa: André Fenili, Luiz de Siqueira Martins Filho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
• País: BR
• Resumo em Inglês: Air bearings have been used for tests on satellite attitude control systems and for software and embedded electronic inspection for over 50 years. To validate the simulation environment of the attitude control system, the accurate knowledge of the mass characteristics (moments of inertia and center of gravity) of the assembly is necessary. This characterization is very important, since a misalignment between this center and the air bearing rotation center causes undesirable torques on the table, which can be higher than those disturbances normally found at the space environment, invalidating the minimum-torque environment property of the simulator. This work suggests two methods for estimating the mass characteristics of two different three degrees of freedom air bearings. The methods uses angular positions and velocities measurements from body-fixed sensors, and it is capable of estimating the attitude, moments of inertia and the gravity center of the assembly. The algorithms are based on the nonlinear dynamics of a rigid body attitude motion together with nonlinear techniques of estimation (extended Kalman filter and nonlinear least squares). To reach the proposed aims, different sensors and actuators were acquired and integrated with each other. To validate the estimated values, a sim ple control algorithm for each platform was developed in order to compare the response to the control in the time domain.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/07.06.06.17

Mancais aerostáticos têm sido utilizados em testes de sistemas de controle de atitude de satélites e para a verificação do software e da eletrônica embarcada há mais de 50 anos. Para a validação do ambiente de simulação do sistema de controle de atitude, é necessário o conhecimento acurado das características de massa do conjunto: momentos de inércia e localização do centro de gravidade. A caracterização destas propriedades é muito importante, uma vez que um desalinhamento entre este centro e o centro de rotação do mancal provoca torques indesejados na mesa, que podem ser superiores às perturbações normalmente encontradas no ambiente espacial, inviabilizando a característica do experimento de simular um ambiente de torques mínimos em solo. Neste trabalho são sugeridos dois métodos para estimação das características de massa de duas plataformas baseadas em mancais aerostáticos com três graus de liberdade. Os métodos utilizam medidas de posição e velocidade angulares provenientes de sensores acoplados ao corpo, e são capazes de estimar a atitude, momentos de inércia e posição do centro de gravidade do conjunto. Os algoritmos são baseados na dinâmica não-linear do movimento de atitude de um corpo rígido em conjunto com técnicas não-lineares de estimação (filtro de Kalman estendido e mínimos quadrados não-linear). Para se chegar aos objetivos propostos, vários sensores e atuadores foram integrados aos mancais e entre si. Para a validação dos valores estimados, um algoritmo de controle simples para cada plataforma foi desenvolvido, com o intuito de comparar a resposta ao controle no domínio do tempo.