Magnetic torquer attitude control of a satellite via the State-Dependent Riccati Equation technique = 상태의존 Riccati 방정식 기법을 이용한 자기장 구동기를 가진 위성의 자세제어 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The nonlinear attitude control method of a satellite with magnetic torquers using the State-Dependent Riccati Equation (SDRE) technique has been developed. The aim of this control system is to achieve a stable attitude within 5 deg, maximizing the pointing accuracy and minimizing the control energy, under the limitation of the existing low-cost technology. Based on the characteristics of the magnetic control system, magnetic-torquer-based attitude control design process is developed. More detailed and precise linearized equation of motion for this system is also presented using the unit quaternion. The Linear Quadratic Regulator (LQR) method using the solution of the Steady-State Riccati Equation is applied to this linearized system. To improve the control performance, a control method for the nonlinear system using the SDRE technique has been developed. The SDRE method is applied for the nonlinear system which forms a state-dependent system equation using the state-dependent coefficient (SDC) method without linearization procedure. The resulting control system demonstrates more robust and stable attitude control performance in spite of containing the nonlinearity of the system.

국문 초록 (Abstract)

자기장 구동기를 가진 위성의 비선형 자세제어 방법으로서 상태의존 Riccati 방정식(SDRE) 기법을 이용한 제어 시스템을 개발하였다. 이 제어 시스템의 목적은 저비용 기술을 통해, 자세 정확도를 극대화하고 제어 에너지를 최소화하며, 위성의 자세를 5도 이내로 안정화 시키는 것이다. 이를 위해, 자기장을 이용한 위성 제어시스템의 특성에 기반하여 자세제어 알고리즘이 설계되었다. 또한 보다 자세하고 정확한 선형 운동 방정식이 검증되었다. 이러한 선형 운동방정식에 정상상태 Riccati 방정식의 해를 이용한 선형제차조절기(LQR) 기법이 적용된다. 그러나 이 제어 방법이 비선형 시스템인 실제 위성 시스템의 자세제어에 적용될 때 제어 성능에 문제점이 나타났다. 이러한 문제를 해결하고 제어성능을 향상시키기 위해 상태의존 Riccati 방정식을 이용한 비선형 제어기법이 개발되었다. 이러한 SDRE 기법은 선형화 과정 없이, 상태 의존 시스템 방정식을 형성하는 비선형 운동방정식을 이용하였다. 그 결과, 이 기법이 비선형성을 포함 했음에도 불구하고 제어 성능을 LQR 방법이 적용된 선형시스템의 제어 성능 수준까지 끌어 올릴 수 있었다.