Filtering and adaptive control for balancing a nanosatellite testbed

Abstract

O Laboratório de Aplicação e Inovação em Ciências Aeroespaciais (LAICA) da Universidade de Brasília (UnB) está desenvolvendo uma plataforma de testes de nanossatélites capaz de simular condições ambientais vistas no espaço, especialmente no que diz respeito ao campo magnético da Terra em órbitas, o movimento rotational livre de atrito e o torque gravitacional baixo. Essa plataforma compreende vários subsistemas, tais como uma mesa com rolamento a ar, na qual nanossatélites são montados para teste de seus subsistemas; uma gaiola de Helmholtz, responsável por simular o campo magnético da Terra presente em vários tipos de órbita, especialmente órbitas de baixa altitude (LOE), que são as mais comuns para nanossatélites; sistemas de atuação, tais como rodas de reação e atuadores magnéticos, usados para estudar estratégias de controle de atitude, e sistemas de determinação de atitude, tais como aqueles baseados em telemetria embarcada ou visão computacional. A mesa com rolamento a ar é a parte responsável por fornecer o movimento livre de atrito com três graus de liberdade rotacionais. Ademais, para fornecer o requisito de torque gravitacional baixo, um método deve ser desenvolvido para balancear a mesa com rolamento a ar. Neste trabalho, foco é dado para a solução desse problema. Vários métodos para balanceamento da plataforma de testes do LAICA são apresentados, especialmente quanto às soluções de filtragem, como aquelas que utilizam o filtro de Kalman e suas variações, e esquemas de controle adaptativo, auxiliados pela teoria de Lyapunov. A performance dos métodos de balanceamento propostos é avaliada por meio de simulações e experimentos.