Asennonhallinta

Asennonhallinta on kontrollijärjestelmä, jolla ylläpidetään tai muutetaan kappaleen orientaatiota suhteessa määriteltyyn viitekehykseen. Sitä käytetään avaruusaluksissa, lentokoneissa, drooneissa sekä teollisuusroboteissa. Tavoitteena on minimoida asennon virheet, varmistaa vakaus ja mahdollistaa halutut orientaatiomuutokset.

Järjestelmä koostuu kolmesta pääosasta: mittaus- ja estimointijärjestelmä, aktuaattorit ja ohjauslogiikka. Mittauksessa käytetään gyroskooppeja, kiihtyvyysantureita, magnetometrejä sekä mahdollisesti tähtiseurantaa tai visuaalisia sensoreita asennon estimointiin. Näiden antureiden tiedot yhdistetään estimointialgoritmilla (yleensä Kalman- tai vastaavaa suodatusta) asennon tilaksi. Aktuaattorit tuottavat tarvittavaa vääntöä tai momenttia; tyypillisiä toimilaitteita ovat reaktiopyörät, kontrollimomentin gyroskoopit, thrusterit ja magneettiset torquerit.

Ohjauslogiikka voi olla lineaarinen, kuten PD-/PID-ohjaus tai LQR, tai ei-lineaarinen geometrian perusteinen. Usein käytetään rotatoorimuunnoksia kuten quaternioneja tai rotaatiomatriiseja, jotta vältetään Euler-kulmien singulariteetit. Järjestelmä voi sisältää sekä sisäisen nopeuden ohjauksen että ulkoisen asennoitusvaatimuksen mukaista suunnittelua.

Tyypillisiä sovelluksia ovat avaruusalusten ja satelliittien osoitus ja vakaus, ilma-alusten ja drooneiden asennonhallinta sekä robotiikan orientaation hallinta. Haasteita ovat mittauskohina, ulkoiset häiriöt (esimerkiksi ilmavirtaukset tai gravitaatio) sekä rajoitteet, kuten momentinrajat ja energianhallinta.