73208 - SPACECRAFT ATTITUDE DYNAMICS AND CONTROL

Scheda insegnamento

  • Docente Dario Modenini

  • Crediti formativi 6

  • SSD ING-IND/05

  • Lingua di insegnamento Inglese

  • Campus di Forli

  • Corso Laurea Magistrale in Aerospace engineering / ingegneria aerospaziale (cod. 8769)

  • Risorse didattiche su Virtuale

Anno Accademico 2019/2020

Conoscenze e abilità da conseguire

The student learns the subject of spacecraft attitude dynamics, determination and control. The first part of the course is dedicated to an introduction to the space environment and the description of attitude dynamics. In the second part of the course the various techniques of attitude determination and control are introduced and discussed in details.

Contenuti

Elementi di dinamica dell'assetto

  • Definizione dell'assetto di un corpo rigido rispetto ad un sistema di riferimento inerziale: matrice dei coseni direttori, asse ed angolo di Eulero, quaternioni, angoli di Eulero;
  • Propagazione del moto di assetto di un satellite:
    • Equazioni cinematiche in termini di matrice dei coseni direttori, quaternioni e angoli di Eulero;
    • Equazioni dinamiche: equazioni di Eulero del corpo rigido;
    • Descrizione delle diverse coppie che costituiscono il termine forzante nelle equazioni di Eulero.
  • Coppie di disturbo: Gradiente di gravità, Coppia aerodinamica, Coppia da pressione di radiazione solare, Coppia di dipolo magnetico residuo.
  • Coppie di controllo: Coppie dovute alle ruote (modifica alle eq. di Eulero; Coppia di controllo magnetico; Coppia di controllo con getti.
  • Soluzione analitica del moto di assetto di un corpo rigido libero; enunciazione del problema nel caso in cui i tre momenti di inerzia sono diversi. Soluzione particolare per il corpo assialsimmetrico. Integrali primi del moto e significato fisico delle grandezze trovate; descrizione del moto del corpo assialsimmetrico.

Elementi di determinazione d'assetto

  • Sensori:

Sensori di sole, sensori di campo magnetico, sensori di limbo, sensori di stelle.

  • Metodi deterministici:

     - Satelliti stabilizzati per rotazione:
Determinazione del tipo e numero di misure necessarie per la determinazione della direzione dell'asse; misure angolari; soluzione geometrica;

- Satelliti stabilizzati a tre assi:
Determinazione del tipo e numero di misure necessarie:
misure di versori in assi corpo;

  • Metodo TRIAD per la
    determinazione della matrice dei coseni direttori.
  • Soluzione al problema di Wahba in termini di matrice dei coseni direttori (metodo SVD) e quaternione.
  • Metodi ricorsivi (filtri di stima):
    • Stima lineare di un vettore di stato;
    • Introduzione ai metodi ricorsivi;
    • Filtro di Kalman: equazioni ed aspetti pratici per la progettazione;
    • Filtro di Morrison "fading memory".

Elementi di controllo d'assetto

  • Controllo Passivo:

- Stabilizzazione per rotazione;

- Stabilizzazione a gradiente di gravità.

  • Controllo Attivo:

- Metodo con dispositivi a scambio di quantità di moto;

- Metodi di controllo on-off: attuatori a getto;

        - Controllo con attuatori magnetici.

  • Introduzione allo studio della stabilità e del controllo di sistemi non lineari.

 

Testi/Bibliografia

Dispense distribuite dal docente

Testi addizionali consigliati:

  1. James R. Wertz, "Spacecraft Attitude, Dynamics and Control, ISBN: 978-90-277-1204-2, Springer, 1978".
  2. F. Landis Markley and John L. Crassidis, "Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control", ISBN 978-1-4939-0802-8 Springer, 2014.

Metodi didattici

Le ore di lezione ed esercitazione frontali sono tenute dal docente. Nelle ore di lezione si procede all'esposizione degli argomenti, alla dimostrazione esplicita di tutte le formule presentate ed alla presentazione dei metodi di soluzione dei problemi matematici ed ingegneristici posti nelle ore di esercitazione. Le esercitazioni proposte richiedono l'uso di calcolatrici tascabili per la soluzione di problemi matematici ed ingegneristici proposti dal docente.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame è consta di tre domande su argomenti distinti. Nel corso dell'esame si accerterà, oltre alle conoscenze di base sugli argomenti affrontati a lezione, la capacità dello studente di risolvere problemi nuovi o almeno di impostarne la corretta strategia risolutiva. L'accertamento di tale capacità ha un peso fondamentale nell'attribuzione del voto finale.

Lo studente deve raggiungere la sufficienza in almeno due delle tre domande poste dal docente per superare l'esame. La capacità di risolvere problemi ingegneristici e matematici particolarmente complessi e la dimostrazione di un particolare livello di approfondimento dello studio sono fattori importanti per l'eventuale attribuzione della lode.

Strumenti a supporto della didattica

Vengono utilizzati, oltre alla lavagna, videoproiettore, lavagna luminosa e PC

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Dario Modenini