Satellite Attitude Control: Using Magnetorquers with Magnetic Dipole Moment Calcellation
Author
Holst, Rasmus
Term
4. term
Education
Publication year
2014
Submitted on
2014-08-15
Pages
87
Abstract
Denne afhandling udvikler og analyserer et ikke-lineært system til orienteringskontrol (attitudekontrol) for en CubeSat baseret på AAUSAT-satellitternes struktur. En gennemgang af de vigtigste forstyrrelser viser, at satellittens magnetiske dipolmoment dominerer – det er omtrent ti gange større end de øvrige tilsammen – og derfor er den eneste forstyrrelse, der behøver at blive håndteret i kontrolsystemet. Det magnetiske dipolmoment estimeres som en bias ved hjælp af et Udvidet Kalman-filter (EKF), en standardmetode til at udlede skjulte størrelser ud fra støjende målinger. I simuleringer med en langsomt tumlende satellit og tilstandsstøj ligger estimatet inden for 8 % af det sande dipolmoment. En sliding‑mode‑kontroller (en robust ikke‑lineær kontrolmetode) bruger dette estimat til at modvirke forstyrrelsen. Resultatet er, at satellitten kan følge en nadir-reference (pege mod Jorden) med en aksevis fejl på cirka 10 grader. Ulempen er et konstant strømforbrug for at kompensere for det magnetiske dipolmoment.
This thesis develops and analyzes a nonlinear orientation (attitude) control system for a CubeSat-class satellite modeled on the AAUSAT design. An assessment of the main disturbances shows that the satellite’s magnetic dipole moment dominates—about ten times larger than all others combined—so it is the only disturbance that needs to be handled by the controller. The magnetic dipole moment is estimated as a bias using an Extended Kalman Filter (EKF), a standard method for inferring hidden quantities from noisy measurements. In simulations with a slowly tumbling satellite and state noise, the estimate is within 8% of the true dipole moment. A sliding‑mode controller (a robust nonlinear control method) then uses this estimate to counteract the disturbance. The resulting controller keeps a nadir-pointing reference (pointing toward Earth) with about 10 degrees error per axis. The trade-off is continuous power consumption to counter the satellite’s magnetic dipole moment.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents