Commande de l'orientation d'un satellite basée sur la logique floue

Abstract

Les logiciels de contrôle sont une partie importante d'un satellite, car ce sont eux qui permettent, entre autres, au satellite de s'orienter. Les méthodes utilisées actuellement pour en faire la conception font intervenir le développement de modèles mathématiques complexes et non linéaires. Ces équations peuvent être linéarisées pour de petites valeurs d'angles et de vitesses angulaires, de manière à pouvoir utiliser les outils de conception linéaire permettant d'obtenir le haut niveau de performances requis. Mais, lorsque les valeurs d'angles et de vitesses angulaires sont grandes, les équations ne peuvent être linéarisées. Il faut donc développer deux contrôleurs distincts, et passer de l'un à l'autre pendant les manoeuvres. Le premier contrôleur fait intervenir des équations non-linéaires pour les manoeuvres grand-angles, et l'autre, les mêmes équations, mais linéarisées, pour les manoeuvres de petite amplitude. La logique floue permet de gérer les non-linéarités d'une manière transparente. Un seul contrôleur flou peut donc gérer les deux phases d'une rotation. De plus, elle ne dépend pas d'un modèle mathématique du système. Les contrôleurs flous d'orientation de satellite qui ont été développés par le passé utilisent les angles d'Euler pour représenter les rotations. Les angles d'Euler comportent le risque de singularités, et étant donné que cette approche découple les axes, les rotations sont moins efficaces compte tenu du fait que le couplage entre les axes cause des perturbations qu'il est préférable de ne pas négliger. Le contrôleur développé dans le cadre de ces travaux de recherche est basé sur la logique floue et il utilise les quaternions. Les quaternions représentent une rotation [phi] autour d'un axe de rotation [vecteur a]. Ils ne comportent pas de singularités et permettent de traiter les axes de manière couplée. Le but des lois de contrôle proposées est de minimiser l'erreur [phi][indice inférieur e] autour de l'axe [vecteur a] du quaternion, tout en minimisant la composante perpendiculaire de l'erreur sur la vitesse angulaire [oméga][indice inférieur e] par rapport à l'axe [vecteur a]. Les résultats de tests montrent que ce contrôleur est très efficace pour stabiliser le satellite, que ce soit dans des conditions normales ou en présence de perturbations. L'utilisation combinée de la logique floue et des quaternions pour commander l'orientation d'un satellite donne d'excellents résultats. Le contrôle est efficace, robuste et moins sujet à instabilité que les méthodes plus conventionnelles.