Commande boucle fermée multivariable pour le vol en formation de vaisseaux spatiaux

Other literature type French OPEN
Gaulocher, Sebastian (2007)
  • Subject: Vol en formation | Vaisseaux spatiaux | Modélisation cinématique et dynamique | Modélisation métrologique | Synthèse de correcteurs multivariables | Correcteurs à gain séquencé | Commutation entre correcteurs | Correcteurs décentralisés | 629.4 | Formation flying | Spacecraft | Kinematic and dynamic modeling | Metrological modeling | Design of multivariable controllers | Gain-scheduled controllers | Switching between controllers | Decentralized controllers

Cette thèse traite du contrôle du vol en formation de vaisseaux spatiaux. Le vol en formation permet de réaliser de nouveaux scénarios de missions. De par la diversité des applications envisageables, les travaux sont divisés en deux parties. Dans la première partie, restreinte au contrôle des centres de masse des vaisseaux, une approche est proposée pour modéliser les orbites relatives entre deux satellites en orbite terrestre, tenant compte de l'aplatissement de la Terre. Fondée sur le scénario d'une mission en orbite de transfert géostationnaire, la problématique d'une dynamique à paramètre variant est illustrée. Deux manières différentes d'asservir la position relative sont présentées : la première a recours à la représentation linéaire fractionnaire pour obtenir un correcteur auto-séquencé ; la seconde utilise la synthèse H2 et un modèle de référence pour synthétiser un correcteur interpolé. Dans la deuxième partie, traitant des 6 degrés de liberté de chaque vaisseau, des modèles génériques pour la cinématique, la dynamique et la métrologie d'une formation de vaisseaux spatiaux en orbite non planétaire sont proposés. La mission exemplaire Pegase est composée de trois vaisseaux. Dans son mode d'observation, qui requiert un maintien précis des positions et des attitudes des vaisseaux, il est possible d’utiliser des techniques de commande multivariable. La commande H2 est utilisée pour satisfaire les spécifications de la mission Pegase. Ensuite, deux problématiques particulières sont traitées. Premièrement, la commutation entre correcteurs conçus pour différents modes est considérée. Deuxièmement, un correcteur H2 décentralisé est synthétisé grâce à un algorithme itératif. This thesis deals with the control of formation flying spacecraft. Formation flying enables novel space mission scenarios. Because of the diversity of potential applications, the developments are subdivided into two parts. In the first part, which is restricted to the control of center of mass relative motion, a framework for modeling relative orbits between two formation flying satellites in Earth orbits is proposed, accounting for Earth oblateness. Based upon the scenario of a mission in geostationary transfer orbit, the challenges associated with parameter-varying dynamics are illustrated. Two different techniques for relative position control are presented: the first one makes use of the linear-fractional representation in order to obtain a self-scheduled controller; the second one resorts to H2 control and a reference model for synthesizing a gain-scheduled controller. In the second part, which deals with the 6 degrees of freedom of each spacecraft, generic models describing kinematics, dynamics, and metrology of a spacecraft formation in a nonplanetary orbit are developed. The exemplary mission Pegase consists of three vessels. For its observation mode, which requires a precise position and attitude control, use of multivariable control techniques is possible. In order to satisfy the specifications of the mission Pegase, H2 control is used. Then, two particular challenges are treated. Firstly, switching between controllers designed for different operating modes is considered. Secondly, a decentralized H2 controller is designed using an iterative algorithm.
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