구동기 포화와 불확실성이 존재하는 인공위성의 자세제어를 위한 강인 𝐻∞ 준 최적 제어기 설계

Abstract

본 논문에서는 힌지의 유연구조를 가정한 위성 모델에 대해 MOI와 위성에 작용하는 토크의 불확실성에 강인한 𝐻∞ 준 최적 제어기를 설계하여 이산시간에서 그 성능을 평가하였다. 실제 위성은 자세제어 기동시 제어 주파수, MOI의 불확실성 등 여러 복합적 요인으로 발생된 태양광 패널 진동으로 인해 제어 안정성과 정확도가 감소한다. 본 연구에서는 이를 적절히 제어하기 위해 혼합감도 설계와 가중함수를 통한 루프성형 기법을 사용하여 𝐻∞ 제어기를 설계하였다. 또한, 구동기 포화와 위성에 작용하는 토크의 불확실성으로 인해 이산 시간에서 설계된 𝐻∞ 제어기의 상태 벡터가 적절히 업데이트되지 않아 발생하는 제어 불가능의 문제를 해결하였다. 한편, 단일 추력 레벨만을 생성할 수 있는 추력기에 대해 PWM 기법을 적용하여 유사 선형적인 추력을 생성하였고 추력기의 방향과 배치를 고려하여 3축 제어 토크를 구현하는 알고리즘을 설계하였다. 이를 통해, 제어기의 수렴 성능과 연료 효율성을 평가하였다. 본 연구를 통해 𝐻∞ 제어기는 유연구조 위성과 MOI의 불확실성이 존재하는 위성의 자세 제어에서 강인성과 응답성뿐만 아니라 연료 소모에서도 안정적인 성능을 보여준다는 것을 확인하였다.