Attitudecontrole

Attitudecontrole is het gebied van het besturen van de oriëntatie van een rigide lichaam ten opzichte van een referentiekader, doorgaans in drie dimensies. Het is cruciaal voor ruimtevaartuigen, vliegtuigen, onderzeese voertuigen, robots en andere systemen die een specifieke houding of oriëntatie vereisen.

De attitude kan worden beschreven met verschillende wiskundige representaties, zoals Eulerhoeken, quaternions of rotatiematrices. Quaternions vermijden singulariteiten die bij Eulerhoeken kunnen optreden en vereenvoudigen de numerieke verwerking. Voorafgaande toestand en referentie worden doorgaans geschat met sensoren als een inertiële meeteenheid (IMU), sterrenkijkers, zonnesensoren en magnetometers, eventueel in combinatie met externe observaties of kalibraties.

Actuatoren die attitudecontrole mogelijk maken, variëren per toepassing. Ruimtevaartuigen gebruiken vaak reactiebalansen (reaction wheels), control moment gyroscopes en thrusters, terwijl vliegtuigen en drones meestal gebruikmaken van roeren zoals de rol-, pitch- en yaw-contraperivals. Magnetische torquers kunnen in kredietmatige omgevingen aanvullende krachten leveren. De keuze van actuatoren bepaalt de mogelijkheden voor snelheidsregeling, momentummanagement en duurzaamheid.

In de regel wordt attitudecontrole uitgevoerd via een gelaagde regelset: een innerlijk lus die de angular velocity en oriëntatie stabiliseert, en een buitenste lus die een gewenste houding of richting nastreeft. Veelgebruikte regels zijn PID- of LQR-achtige controllers, eventueel met adaptieve of robuuste elementen en rekening houdend met modelonzekerheden en vertragingen.

Belangrijke ontwerpuitdagingen zijn actuator-saturatie, momentumaccumulatie, storingen en ruis in sensoren, dynamische omgevingskrachten en tijdvertragingen. Attitudecontrole vereist nauwkeurige modellering en betrouwbare sensoren en actuatoren voor robuuste prestatie.