آگهی دفاع از رساله دکتری خانم سمیه جمشیدی

جلسه دفاع از رساله دکتری

عنوان:

کنترل مقید بهینه سیستم شبیه­ساز ماهواره با استفاده از چرخ­های عکس­العملی مبتنی بر تخمین اغتشاشات و عدم قطعیت­های مدل

 Optimal Constrained Control of Spacecraft Simulator System Using Reaction Wheels Based on Estimation Disturbances and Model Uncertainties

دانشجو: سمیه جمشیدی

استاد راهنما: دکتر مهدی میرزائی (استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی سهند)

استاد مشاور: دکتر مریم ملک زاده (دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه اصفهان)

هیئت داوران:

دکتر مهدی مرتضوی(دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه اصفهان)

دکتر امیر ریخته گر غیاثی (استاد دانشکده مهندسی برق دانشگاه تبریز)

دکتر محمدجواد خسروجردی(استاد دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی سهند تبریز)

چکیده:

شبیه­ساز ماهواره می­تواند یک محیط واقعی فضایی را در یک آزمایشگاه محدود روی زمین برای آزمایش سیستم­های کنترلی طراحی­شده برای کنترل وضعیت ماهواره ایجاد کند. چالش‌های طراحی کنترل‌کننده برای ماهواره شامل عدم‌قطعیت‌های ناشی از دینامیک مدل‌نشده، تغییرات پارامتری و اغتشاشات خارجی است که عملکرد ماهواره را در فضا تحت تأثیر قرار می‌دهند. عملگرهای به­کار­رفته در شبیه­ساز مورد مطالعه، چرخ­های عکس­العملی می­باشند. این چرخ­ها ظرفیت محدودی در تولید گشتاور دارند و ممنتوم زاویه­ای آن­ها نیز محدود می­باشد. از طرفی وجود عیب در عملگر منجر به کاهش شدید عملکرد و حتی ناپایداری سیستم کنترلی می­شود. در این رساله ابتدا با در نظر گرفتن قیدهای ورودی و ممنتوم چرخ­های عکس­العملی، به طراحی کنترل­کننده­ مقید مبتنی بر بهینه­سازی پرداخته می­شود. اثبات پایداری روش کنترلی بصورت تحلیلی  انجام گرفته و کنترل­کننده بصورت سخت­افزار در حلقه بر روی شبیه­ساز ماهواره پیاده­سازی می­شود. یک مشاهده­گر در دوگان با روش کنترلی برای تخمین اختلالات سیستم طراحی می‌گردد. سپس طراحی ترکیبی کنترل­کننده با مشاهده­گر ارائه شده و اثبات پایداری آن با در نظر گرفتن خطاهای تخمین و قیود سیستم انجام می­گیرد. در پایان یک ساختار کنترلی برای تشخیص و جبران عیب در حضور اغتشاشات خارجی و قیود سیستم معرفی می­شود. در این ساختار با توجه به فرض محدود بودن عدم قطعیت­ها و اغتشاشات، آستانه­ای برای مقادیر تخمینی اختلالات در نظر گرفته می­شود. خارج شدن مقادیر تخمینی مشاهده­گر از آستانه تعیین شده، نشان دهنده وقوع عیب در سیستم است. در این شرایط، مکانیزم تصمیم­گیری کنترل­کننده را از حالت پایه به کنترل­کننده تحمل پذیر عیب تغییر می­دهد. بررسی نتایج مقایسه­ای کنترل­کننده­های پیشنهادی با روش­های موجود در مقالات نشان از عملکرد مطلوب سیستم کنترلی پیشنهادی دارد.

مقالات مستخرج از رساله:

1. S. Jamshidi, M. Mirzaei, and M. Malekzadeh, "Applied nonlinear control of spacecraft simulator with constraints on torque and momentum of reaction wheels," ISA Transactions, vol. 138, pp. 705-719, 2023.

2. S. Jamshidi, M. Mirzaei, and M. Malekzadeh, "Applied optimal control of spacecraft simulator subject to failures of reaction wheels," Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 49, no. 2, pp. 1697-1712, 2024.

3. S. Jamshidi and M. Mirzaei, "Novel scheme for uncertainty and disturbance estimation to control of spacecraft system with input constraint," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 2024, Art. no. 09596518241263371.

4. جمشیدی، سمیه، میرزایی، مهدی، ملک زاده، مریم. "طراحی و پیاده‌سازی عملی جبران‌ساز خرابی عملگر تطبیقی برای شبیه‌ساز کنترل وضعیت ماهواره"، مکانیک هوافضا، دوره ۲۰، شماره ۱، صفحات ۴۳-۲۷، ۱۴۰۳.

5. جمشیدی، سمیه، میرزایی، مهدی "مقایسه عملکرد کنترل‌کننده‌های گام به عقب تطبیقی و مبتنی بر مشاهده‌گر حالت توسعه‌یافته برای رد اغتشاش در فضاپیما"، علوم، فناوری و کاربردهای فضایی، دوره ۳، شماره ۲، صفحات ۴۵-۳۲، ۱۴۰۲.