Desarrollo, implementación y evaluación de un algoritmo de lógica difusa para el control de actitud de nanosatélites

Calvo Cerezo, Daniel Jaime (2017). Desarrollo, implementación y evaluación de un algoritmo de lógica difusa para el control de actitud de nanosatélites. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Aeronáuticos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.47742.

Description

Title: Desarrollo, implementación y evaluación de un algoritmo de lógica difusa para el control de actitud de nanosatélites
Author/s:
  • Calvo Cerezo, Daniel Jaime
Contributor/s:
  • Laverón Simavilla, Ana
  • Lapuerta Gonzalez, María Victoria
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Aeronáuticos (UPM)
Department: Aeronaves y Vehículos Espaciales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El entorno de las misiones espaciales suele tender hacia el conservadurismo a la hora de implementar nuevas tecnologías en aras de ganar una mayor fiabilidad. Este hecho dificulta que se beneficie de nuevas tecnologías que podrían mejorar su desempeño. En concreto, la mayoría de misiones confían en controles clásicos para el control de actitud ya que éstos han sido extensivamente probados en órbita. El objetivo de esta tesis es implementar el uso del control inteligente en el campo de las misiones espaciales. En la tesis se diseña un control difuso adaptativo para el subsistema de control de actitud (ADCS) de un nanosatélite y se compara su eficiencia y desempeño con un control tradicional de tipo Proporcional, Integral y Derivativo (PID). El control inteligente, basado en lógica difusa, se ha diseñado e implementado para ser probado en órbita a bordo de un nanosatélite (llamado QBITO), recientemente desplegado desde la Estación Espacial Internacional como parte de la misión QB50, cuyo objetivo principal es poner en órbita una constelación de nanosatélites que estudiará la composición de la termosfera. Un control de actitud eficiente es fundamental para completar los objetivos de la misión del satélite QBITO dado que la energía disponible está fuertemente limitada. En esta tesis se ha analizado principalmente el consumo energético y la precisión de ambos controladores, difuso y PID, encontrándose que el controlador difuso es mucho más eficiente (hasta un 70% menos de energía requerida), consiguiendo una precisión mejor en términos generales que el PID. Analizando estadísticamente ambos algoritmos de control en un amplio rango de escenarios, se ha observado que, en promedio, el PID es hasta un 50% menos eficiente y un 250% menos preciso. Finalmente, para acabar de validar el modelo de control desarrollado en esta tesis, y con él la conveniencia del uso de este tipo de algoritmos, éste va a ser probado en órbita a bordo del nanosatélite QBITO en los próximos meses. En resumen, esta tesis muestra como el uso de este tipo de algoritmos inteligentes de control supone una gran ventaja frente a algoritmos clásicos que son los que se implementan habitualmente. ----------ABSTRACT---------- The space missions tend towards being conservative when incorporating new technologies for the sake of reliability. That prevents benefiting from new technologies that may significantly improve their performances. Specifically, most missions rely on classic controllers for attitude control as they are thoroughly tested in orbit. The objective of this thesis is to implement the use of intelligent systems in the space missions' field. An adaptive fuzzy logic controller is designed for a nanosatellite attitude determination and control subsystem (ADCS) and its performance and efficiency are compared with a traditional Proportional, Integrative and Derivative (PID) controller. The intelligent controller has been designed and implemented in order to be tested on board a nanosatellite (named QBITO), recently deployed on orbit from de International Space Station as a part of the QB50 mission, whose objective is to deploy a constellation of nanosatellites in orbit that will the thermosphere composition. An efficient ADCS is essential to fulfill the QBITO satellite mission objectives as the available power is strongly constrained. In this thesis have been analyzed mainly the power consumption and the accuracy of both controllers, fuzzy and PID, finding that the fuzzy controller is much more efficient (up to 70% less power required), achieving better precision in general than the PID. Statistically analyzing both controllers in a wider set of scenarios it is observed that, in average, the PID is up to 50% less efficient and 250% less accurate. Finally, to complete the control model validation developed in this thesis and, at the same time, the suitability of this kind of algorithms, it will be tested in orbit during the following months onboard the QBITO satellite. Summing up, this study shows that the use of this type of intelligent control systems represents a great advantage over conventional control systems currently being used in satellite attitude control.

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Item ID: 47742
DC Identifier: http://oa.upm.es/47742/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:47742
DOI: 10.20868/UPM.thesis.47742
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 14 Sep 2017 07:29
Last Modified: 13 Mar 2018 23:30
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