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Tommes
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Beitrag von Tommes » 10.05.2008 11:31

Satellitenlageregelung
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Synso-Z4
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Re: Satellitenlageregelung

Beitrag von Synso-Z4 » 16.08.2010 15:37

Lageregelungsarbeit vom 14.08.2010, 6 Aufgaben in 120 min

### Aufgabe 1
Rotationsmatrix und Quaternion gegeben. Jeweils von Inertialsystem zu Satellitensystem. Ein leeres Koordinatenkreuz des Inertial-Systems war ebenfalls vorgezeichnet.
a) Einheitsvektoren des B Systems in I berechnen
b) Eulerparameter e1 e2 e3 Phi berechnen und einzeichnen

### Aufgabe 2
Erdorientierter Satellit gegeben. Rotationsmatrix von B in I sowie Bahnparameter (Inklination i=0°...) waren bekannt.
a) Beschreiben, wie man Rotationsmatrix berechnet/bestimmt und Skizze dazu
b) gegeben Erdvektor in B (0.2; -0.25; 0.95) und Formel wie man aus Eulerwinkel die Rotationsmatrix berechnet, Eulerwinkel Theta und Phi bestimmen und Rotationsmatrix B in LVLH berechnen
c) Angabe der kinematischen Gleichungen für ideale Satellitenlageregelung, Satellit stationär exakt in LVLH System ausgerichtet

### Aufgabe 3
Satellit gegeben der Nadir stabilisert werden soll. I_u I_v und I_w gegeben wobei I_u = I_v. Außerdem waren die Eulergleichungen mit Gravitationsmoment gegeben, sowie das Diagramm mit den Stabilitätsbreichen für Sigma_1 bis _3 samt den Bedingungen.
a) Pht_1/Phi_3 und Phi_2 auf zustandsstabilität prüfen
b) Nun wirkt ein Störmoment um w-Achse und es erfolgt eine beschleunigte Drehbewegung. Nennen und Erklären der Ursachen warum dieses Moment dieses Verhalten hervorruft.
c) Es wirkt ein harmonisches Störmoment um die v-Achse. Die Frequenz des Störmoments ist gleich der Orbitalfrequenz Omega_0. Rechnerische Untersuchung ob der Satellit um die v-Achse zustandsstabil sein kann.

### Aufgabe 4
Erdorientierter Satellit samt Bild gegeben, der 3-achsig stabilisiert werden soll.
a) Zwei Magnetspulen und ein Schwungrad gegeben. Diese in das Bild so einzeichen bzw. einbauen, dass der Satellit stabilisiert wird und die Ausrichtung beibehalten wird. Einzeichen des Radmoments.
b) Verwendung des Magnetometers und wie mit dessen Hilfe gezielt Drehmomente mit entsprechenden Aktoren zur Lageregelung erzeugt werden können.
c) Eine alternative Vorgehensweise erläutern, wie man das Problem ebenfalls lösen könnte ohne das Magnetometer.

### Aufgabe 5
Erdorientierter Satellit gegeben. Der um v-Achse so schnell wie möglich eine Drehung um Phi_2 = -10° ausführen soll.
Trägheitsmomente I_u = 300 kgm², I_v = 310 kgm² und I_w = 290 kgm²
Besitzt Drallrad I_R = 0.01 kgm² und M_R = 0.05 Nm sowie Omega_R,Max = 1000 rad/s
a) Zeitliche Verläufe von M_R, Omega_IB, Omega_BR und Phi_2 zeichnen
b) Rechnerisch untersuchen ob das Manöver innerhalb 15 Sekunden ausführbar ist und ob Omega_R,Max überschritten wird
c) Es soll ein Düsenpaar eingezeichnet werden, mit denen diese Bewegung ebenfalls realisiert werden soll. Berechnung des notwendigen Schubniveaus der Düsen damit dieses Manöver in 15 Sekunden erfolgen kann.

### Aufgabe 6
Es war ein GEO und LEO Satellit gegeben. Der GEO ist ein Weltraumteleskop, ist inertialstabilisiert und muss hohe Lagegenauigkeitsanforderungen erfüllen. Der LEO ist erdorientiert, soll entsprechend so stabilisiert werden zur Erdbeobachtung und hat eine relativ niedrige Genauigkeits-Anforderung zu erfüllen (deltaPhi rund 3°)
Gegeben waren Lageaktoren und -Sensoren.

Lageaktoren: Reaktions- und Schwungrad, Magnetspulen, Düsen
Lagesensoren: Erd-, Sonnen-, Stern- und Magnetfeldsensoren, Gyrometer

Für beide Satelliten sollen entsprechend den Anforderungen passende Sensoren und Aktoren aus den vorgebenen ausgewählt werden. Auswahl begründen.

Voßi
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Satellitenlageregelung Prüfung 2012

Beitrag von Voßi » 05.08.2012 15:45

Hey ich habe mal die Prüfung grob abgeschrieben und hoff sie hilft unseren Nachfolgern:

Aufgabe 1
gegeben (B->I)A und (B->I)q
a) gesucht (I->B)A und (I->B)q
b) gesucht die Einheitsvektoren des Inertialsystems(I) dargestellt im Bezugssystem (B)

Aufgabe 2
Satellit mit Kamera soll Stern fotografieren
gegeben: Sternvektor in I
Kamera soll auf v Achse sein
Kameravektor = Sternvektor
Am Anfang I parallel B
gesucht: Eulerparameter für zu erzielende Lage

Aufgabe 3
Satellit mit Lagesensor
gegeben: (I->B)A und Bahnparameter
a) gesucht: Beschreibung des Rechenweges für (LVLH->B)A mit Angabe der Formeln
b) gegeben Formel für A(phi, psi, theta) und gesucht phi psi und theta für (I->B)
c) gegeben 2 Positionen eines Satelliten
1) Satellit zwischen Erde und Sonne
2) Erde zwischen Satellit und Sonne
gesucht: erklären warum es bei der Lagebestimmung mit Sonnen und Erdsensoren
an diesen Punkten Probleme gibt

Aufgabe 4
gegeben: Diagramm für Zustandsstabilität und Trägheitstensor eines Satellit
a) Beurteilung der Stabilität der 3 Achsen bei Gravitationssstabilisierung
b) gegeben: Störung der v-Achse durch f_Stör= 1,5*Omega_0
gesucht: ist v-Achse noch Stabil?

Aufgabe 5
Satellit mit Drallrad
gegeben: M_stör=M_max*cos(omega_s*t); Trägheitstensor des Satellit und Daten des
Drallrades
a) gesucht: M_max
b) Weclhe anderen Stabilisierungsmöglichkeiten ausser dem Drallrad gibt es?
c) Wieviel von in b aufgelisteten Aktuatoren benötigte man für diese Stabilisierung?
d) Beschreibung der Funktionsweise genannten Aktuatoren

Aufgabe 6
Satellit mit einem Reaktionsrad soll Drehung um phi=10° ausführen
gegeben: Daten des Satellit und des Reaktionsrades
a) Diagramme zeichnen des Drehmanövers von M_R; Omega_BR; Omega_IB und phi
b) gesucht: Zeit für Drehung
c) Prüfen ob Maximaldrelzahl des Reaktionsrades überschritten wird
d) F ausrechnen für gleiches Manöver mit Düsen in 15 Sekunden

Aufgabe 7
Zwei Satelliten gegeben 1) im GEO mit Lagegenauigkeit von 0,001°
2) im LEO mit Lagegenauigkeit von 3°

aus vorgegebener Auswahl an Sensoren und Aktuatoren den Satelliten zuordnen und kurz begründen.

Viel Spass

Johnser
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Re: Klausuren

Beitrag von Johnser » 02.08.2019 08:20

Gedächtnisprotokoll (Abweichungen können enthalten sein, es geht um die prinzipiellen Fragestellungen) der Klausur heute: Teil Lageregelung (MT, 90 min)

Aufgabe 1
a)
geg.: drei ((I,B),(I,L),(B,S) --> S...Sternensystem
ges.: (I,S) mit Lösungsskizze.

b)
geg.: Sonnenvektor in I
ges.: Sonnenvektor in B bestimmen

c)
ges.: Sonnen-KOS in vorgegebener Skizze des B-Systems eintragen

Aufgabe 2
geg.: linearisierte Dynmik, Regler, Stellglied,...
ges.: Regelkreise für alle drei Winkel zeichnen

Aufgabe 3
a)
geg.: Messvektoren in B: Erdvektor, B-Vektor (Magnetfeld), Satellit zur Zeit auf X-Achse des I-Systems
ges.: (I->B)A -> Rotationsmatrix

b)
geg.: (I->LVLH)A(phi,theta,psi), Erdvektor in B, Satellit im LVLH-System (Erdvektor in LVLH also (0,0,1)T (meine Überlegung nicht gegeben))
ges.: phi und theta bestimmen (roll, pitch)

c)
Nachteile von Erdsensor, Magnetometer, Messkreisel nennen

Aufgabe 4
geg: benötigte Eigenschaftes der Reaktionsräder (Mmax, Omegamax, Ir,...), Trägheitsmomente, ...

a)
geg.: Hauptträgheitsachsen, bekanntes sigma1,sigma3 - Diagramm
ges.: einzelne Bereiche benennen (links schraffiert, rechts schraffiert, nicht schraffiert), Stabilität im LVLH-System und der einzelnen Winkel prüfen mit Diagramm

b)
geg.: const. Störmoment um v-Achse
ges.: Abweichung von phi2 (mittels Laplace Transformation, benötigte Beziehungen + Dynamik gegeben)

c)
ges.: Möglichkeit um ermittelte Abweichung zu reduzieren, ohne Änderung der Trägheitsmomente und ohne Nutzung zusätzlicher Stellglieder

Aufgabe 5
a)
geg.: Satellit mit 3 Reaktionsrädern (eins auf jeder Hauptachse), const. Stördrehung/Winkelgeschwindigkeit um eine Achse
ges.: benötigtes Rad, benötigte Größen bestimmen, um Drehung zu kompensieren

b)
geg.: const. Störmoment um eine Achse
ges.: Zeit, die das Rad das Störmoment kompensieren kann (also bis zur Sättigung und somit erreichen von Omegamax)

c)
geg.: ein Rad soll nun als Drallrad verwendet werden, die anderen beiden bleiben erhalten
ges.: Räder in Skizze eintragen und bezeichnen, h (Drehimpulsvektor des Drallrades) einzeichnen

Insgesamt ganz gut machbar, wenn man sich die Übungen und Aufgabensammlung angeschaut hat, allerdings war die Zeit aus meiner Sicht recht knapp bemessen.

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