Propulsion-based Attitude Control of Nanosatellites

Abstract

Det siste tiåret har sett en økende trend mot miniatyrisert satellitteknologi. Dette forskningsarbeidet er ment å utlede en komplett matematisk modell og et attityde-reguleringssystem til bruk med miniatyriserte fremdriftssystemer på nanosatellitter, samt fastslå til hvilken grad disse er passende sammenliknet med andre aktueringsløsninger. Håpet er at denne forskningen vil kunne bli brukt som et data- og innsiktsgrunnlag for fremtidige designspesifikasjonsprosesser i nanosatellittprosjekter.

Det er fire hovedkontribusjoner i denne oppgaven. For det første er en dynamisk modell av en nanosatellitt med pådragsorganer utledet; Et simuleringsprogram som inkluderer orbitale forstyrrelser er utviklet; En adaptiv integerbasert modellprediktiv regulator for attitydemanøvre er implementert; Og til slutt er ytelsen til de forskjellige pådragsorganene og regulatorene målt og sammenliknet.

Simuleringene i denne studien ble gjennomført i simuleringsverktøyet MATLAB. Prosjektet tok sikte på å utvikle modulær programvare som er kompatibel med forskjellige satellitt- og pådragsorgankonfigurasjoner.

The last decade has seen a growing trend towards miniaturized satellite technology. This research intends to derive a complete mathematical model and attitude control system for miniaturized propulsion systems on nanosatellites, and determine to which extent they are suitable compared to other actuation solutions. Hopefully, this research will contribute to data and insight that will aid future design specification processes in nanosatellite projects.

There are four main contributions of this thesis. First, a dynamical model of a nanosatellite with actuators is derived; A simulation environment, including orbital perturbations, is then developed; An adaptive integer model predictive controller for attitude maneuvers is implemented; And lastly, the performance of different actuators and controllers is measured and compared.

Simulations for this study were carried out using MATLAB software. The project aimed to develop modular software that is compatible with different satellite and actuator configurations.