Stratégies avancées pour le contrôle d'attitude des satellites avec contraintes d'actionnement et sujet à différentes sources de perturbations

Advanced satellite attitude control strategies under actuation constraints and multiple sources of disturbance

• Auteur / Autrice : Guido Magnani
• Direction : Jean-Marc Biannic, Mario Cassaro
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 25/11/2024
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA ACDC - Analyse, Commande Dynamique et Conception des systèmes
• Jury : Président / Présidente : Luca Zaccarian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Biannic, Alexandre Falcoz, Guillaume Sandou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Manuela Battipede, Guillaume Sandou

Mots clés

Mots clés libres

Contrôle d'attitude de satellite

Ballottement

Contrôle non linéaire

Rejet de perturbation

Contrôle adaptatif non linéaire robuste

Contraintes de saturation

Satellite Attitude Control

Sloshing compensation

Nonlinear control

Disturbance rejection

Robust Nonlinear Adaptive Control

Saturation constraints

Résumé

Dans un scénario de satellites géostationnaires hautement autonomes, dotés de capacités d'auto-assemblage et d'auto-maintenance, les perturbations des bras manipulateurs couplées à la dynamique de ballotement du carburant représentent un risque significatif de dégradation des performances du système de contrôle d'attitude et d'orbite du satellite. Bien que des solutions passives existent pour amortir le ballotement du carburant et compenser les perturbations des bras manipulateurs, il manque une solution de contrôle actif unique capable de compenser ces perturbations tout en évitant de manière optimale la saturation des actionneurs. Cette lacune suscite un grand intérêt dans l'industrie spatiale en raison de ses implications potentielles dans la réduction du poids, des coûts et de la complexité de la fabrication. Cette étude explore l'intégration de techniques de contrôle robuste basées sur la synthèse $H_{infty}$ et de techniques de contrôle adaptatif par modèle de référence avec des schémas de reference governor. L'objectif est de proposer une solution de contrôle unique garantissant un contrôle précis de l'attitude du satellite en présence de perturbations non modélisées et de contraintes des actionneurs. Les avancées théoriques de cette recherche s'étendent également à des scénarios tels que la gestion des défaillances de propulseur dans les quadricoptères sous contraintes d'état et d'entrée, ainsi qu'à l'optimisation de la conception des modes de guidage pour des missions satellitaires telles que la mission Microcarb du CNES.

In a scenario of highly autonomous geostationary satellites, with self-assembly and self-maintenance capabilities, manipulator arms perturbations coupled with fuel slosh dynamics represents a significant risk of performance degradation for the satellite attitude and orbit control system. While passive fuel slosh damping solutions and manipulator arm disturbances compensators exist by their own, a unique active control solution capable of rejecting the perturbations while optimally preventing the actuators saturation is lacking and of great interest in the space industry for weight, cost and complexity of manufacturing reduction. This study explores the integration of $H_{infty}$-based robust control and model reference adaptive control techniques with reference governor schemes. The objective is to propose a unique control solution to guarantee precise satellite attitude control in the presence of unmodeled perturbations and actuator constraints. The theoretical advancements from this research also extend to scenarios such as handling propeller failures in quadrotors under state and input constraints and optimizing the design of the guidance modes for satellite missions like the CNES Microcarb mission.