Synthesis of control algorithm for LEO satellite tracking antenna

Abstract

Ovaj rad prezentira osmišljavanje osnovnog modela upravljanja i regulacije antenom za satelitsku komunikaciju. Idejni model integriran je u software MSC Adams koji se upotrebljava za izračun dinamike sustava. U radu je primijenjen 3D model antene sa svim inercijskim značajkama, napravljen prema geometrijskim i inercijskim izmjerama realne antene. Poradi što vjerodostojnije simulacije izrađen je osnovni simulacijski model elektromotora. Mogućnost sprega simulacije između Matlab Simulink-a i Adams-a iskorištena je da bi se došlo do što točnijih rezultata. Pri tome MSC Adams računa dinamiku sustava, a Simulink obavlja upravljačke funkcije. Ispitana je stabilnost regulatora i konačna dobivena točnost pri nastrujavanju vjetra određene brzine. Koristi se PID regulacija iz razloga jer se radi o sporim gibanjima jednostavnog sustava. Integriran je matematički algoritam za usklađivanje brzine rotacije satelita čime su poništeni nagli skokovi izlaznog momenta aktuatora u početnom trenutku praćenja satelita. Dobiveni rezultati zadovoljavaju traženu točnost što pokazuju kutna odstupanja manja od 0,1° (stupanj). U radu su dotaknuti mnogi problemi kao što je modeliranje sile vjetra, podešavanje pojačanja regulatora, opterećenje zglobnih ležajeva, generiranje realne putanje satelita i nužnih kutova orijentacije antene i slično, koji traže dodatna istraživanja i rješenja. U zaključku se analiziraju dobiveni rezultati, iznose napomene s ciljem poboljšanja sustava i prikazuju moguće mane ovog modela.This paper presents the design of a basic model of antenna control and regulation for satellite communication. The conceptual model is integrated into MSC Adams software and used to calculate system dynamics. The 3D model of antenna, made from geometric dimensions of a real antenna, with all inertial features, was applied in this paper. For the sake of credible simulation, the basic simulation model of an electric motor was created. The possibility of joint simulation of Matlab Simulink and Adams was used to obtain as accurate results as possible. In doing so, MSC Adams calculates system dynamics, and Simulink performs control functions. The stability of the controller and the final accuracy obtained with wind gusts of a certain speed were tested. PID regulation is used as this is a simple system with slow motions. A mathematical algorithm for synchronizing the rotation speed of satellites has been integrated, which eliminates sudden jumps of actuator output at the initial moment of satellite tracking. The obtained results satisfy the required accuracy, angular deviations less than 0,1° (degree). The paper touches on many problems such as modeling of wind force, adjusting the gain of the controller, load of the articulated bearings, generation of realistic satellite path and necessary antenna orientation angles, etc., which require additional research and solutions. In conclusion, the results obtained are analyzed, notes are made to improve the system and the possible disadvantages of this model are presented