Mechatronic Design, Dynamic Modeling and Results of a Satellite Flight Simulator for Experimental Validation of Satellite Attitude Determination and Control Schemes in 3-Axis

摘要

En este artículo se describe la integración e implementación de un simulador de vuelo satelital basado en un sistema de cojinete de aire, el cual fue dise?ado e instrumentado en nuestro laboratorio para realizar investigación en el campo de sistemas de control de actitud de satélites, utilizando la técnica hardware-in-the-loop. El simulador de vuelo satelital cuenta con dos bloques principales: una plataforma móvil y una computadora externa donde se ejecuta software desarrollado en Matlab?. El primer bloque, integrado en una plataforma móvil suspendida en aire, contiene una computadora abordo basada en un dispositivo FPGA con capacidad de integrar arquitecturas digitales para adquisición de datos de sensores de navegación inercial, control de actuadores y manejo de datos. El segundo bloque es una computadora personal, donde en paralelo se ejecutan algoritmos basados en funciones desarrolladas en Matlab? para la determinación y el control de actitud. Ambos bloques están unidos inalámbricamente. En este artículo se presenta también el análisis de la dinámica de simulador de vuelo satelital para obtener su ecuación de movimiento, que permite una mejor comprensión del comportamiento del simulador. Además, se muestran los resultados experimentales de seguimiento automatizado del simulador de vuelo satelital basado en un modelo de realidad virtual. Se describe también el desarrollo de dos versiones de computadoras abordo basadas en FPGA para integrar arquitecturas digitales embebidas para aplicaciones en vehículos espaciales. Por último, el artículo muestra resultados experimentales de pruebas de control de actitud utilizando el simulador de vuelo satelital basada en una ley de control lineal.