Progettazione degli algoritmi per il controllo dell'assetto di uno spinning CubeSat con attuatori magnetici = Design of attitude control algorithms for a spinning CubeSat using magnetorquers

Lo scopo di questa tesi è quello di sviluppare e simulare diversi algoritmi per l' ACS di un CubeSat in rotazione intorno al proprio asse di massima inerzia, con l' utilizzo di dipoli magnetici e l'interazione con il campo magnetico terrestre. Il presente lavoro è stato sviluppato all'interno dello Space System Design Studio (SSDS) durante la fase di design dell' Alpha CubeSat con un team di studenti presso la Cornell University, per il quale l' ACS è stato progettato. Il lavoro è diviso principalmente in tre fasi: la fase di control design, l'analisi di stabilità e la fase di simulazione. In particolare per questo scopo, sono stati studiati due algoritmi per allineare il vettore del momento angolare con l' asse di massima inerzia. Il primo utilizza un approccio classico, utilizzando un algoritmo simile al B-dot, per smorzare le componenti trasversali della velocità angolare. Il secondo algoritmo utilizza un modello fittizio basato sul principio di dissipazione dell' energia per elaborare un algoritmo in grado di smorzare le componenti trasversali di momento angolare, basato sul lavoro di T. R. Kane sugli effetti della dissipazione energetica su un CubeSat rotante. L'ultimo algoritmo è stato utilizzato nel ACS, avendo il vantaggio di non necessitare una precisa conoscenza della matrice di inerzia dello spacecraft. Dopo aver assicurato una condizione di rotazione stabile, viene utilizzato un'altro algoritmo proporzionale-derivativo per allineare l' asse di rotazione con le linee di campo magnetico terrestre. Per i soprammenzionati algoritmi è stata valutata la stabilità, lineare e non lineare, tramite il metodo del root locus e risposta in frequenza nel caso lineare ed utilizzando il metodo di Lyapunov per l'analisi non lineare. Infine le simulazioni sono state effettuate con l' utilizzo del pacchetto Simulink di MATLAB. I risultati evidenziano i punti di forza degli algoritmi utilizzati, per condizioni iniziali incognite, e mostrano le performance della soluzione proposta.