kth.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Resonance Mitigation in the Attitude Control of a Flexible Large Solar Sail
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Engineering Mechanics, Vehicle Engineering and Solid Mechanics, Lättkonstruktioner, marina system, flyg- och rymdteknik, rörelsemekanik.
2023 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Resonansreducering i attitydkontroll av ett flexibelt stort solsegel (Swedish)
Abstract [en]

This project is about the design process of a resonancemitigating algorithm for a large solar sail. The solar sail isa structure made up by four long booms in a cross patternwith suspended sails between the edges of the booms. Thespacecraft in this report is controlled using smaller rotatingsails at each tip of the booms. Since the booms are longthey will experience significant bending moment even thoughthe actual force from the control sails will be small. Thisbending has a high risk of exciting the spacecraft’s resonancemodes, which will in turn complicate the control of theentire spacecraft. Because of this it is necessary to designan algorithm to mitigate resonance excitation. To design thisalgorithm three main steps were taken, an approximation ofspacecraft resonance modes, a valid mathematical model ofthe system and robustness building to handle model error.The resonance modes were approximated through analyticalformulas. The boom model was determined by combiningdifferent approaches from previous similar works. Finally,the controller chosen was a simple PID controller with abuilt-in saturation limiter to make sure the controller stayswithin the spacecraft’s operating bounds. To ensure robustness,multiple test simulations were made on systems with differentresonance modes compared to the true system. The chosencontroller passed these tests. Ultimately the chosen controllerreduced the settling time of the resonance oscillations by 75%.

Abstract [sv]

Detta projekt handlar om designprocessen för en resonansre-ducerande algoritm för ett stort solsegel. Solseglet är en systemsom består utav fyra utsträckta bommar i ett korsmänster medett uppspänt segel mellan bommarnas kanter. Rymdfarkosteni denna rapport styrs med hjälp av mindre roterande segelvid varje ände av bommarna. Eftersom bommarna är långakommer de att uppleva ett omfattande böjmoment även omden faktiska kraften som kommer från styrseglen kommer attvara liten. Detta böjmoment medför en risk för excitering avfarkostens resonansmoder, vilket i sin tur försvårar regleringav hela farkosten. På grund utav detta är det nödvändigt attutforma en algoritm som hanterar resonansexcitation. För attutforma denna algoritm antogs tre utgångspunkter: En approx-imation av farkostens resonanslägen, en matematisk modell avsystemet och robusthetsbyggande för att motverka modellfel.Resonanslägena approximerades med hjälp av analytiska form-ler. Den matematiska modellen bestämdes genom att kom-binera olika tillvägagångssätt från tidigare liknande arbeten.Slutligen var styrmetoden som valdes en enkel PID-regulatormed en inbyggd mättnadsbegränsare f ̈or att säkerställa attstyrenheten håller sig inom rymdfarkostens driftgränser. F ̈oratt säkerställa robusthet gjordes ett flertal testsimuleringar påkonstruerade system med olika resonanslägen jämfört med detverkliga systemet. Den valda kontrollen klarade dessa tester.Slutligen reducerade den valda styrenheten sättningstiden f ̈orresonanssv ̈angningar med 75%

Place, publisher, year, edition, pages
2023.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2023:004
Keywords [en]
Resonance, Control theory, Mechanics, Solar sail, PID, Space
Keywords [sv]
Resonans, Reglerteknik, Mekanik, Solsegel, PID, Rymd
National Category
Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-324416OAI: oai:DiVA.org:kth-324416DiVA, id: diva2:1740181
Subject / course
Space Technology
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2023-03-03 Created: 2023-02-28 Last updated: 2023-03-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1483 kB)178 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1483 kBChecksum SHA-512
b50a12b35be9f7ac260940e67c68c8cbdc23974656a647e2c0494e536d416b8ce459db82df350c34161752ef97205076ba43416fe68965118152b01db624470c
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Lättkonstruktioner, marina system, flyg- och rymdteknik, rörelsemekanik
Aerospace Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 178 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 485 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf