asennonhallinnassa

Asennonhallinta (attitude control) on järjestelmä ja prosessi, jolla määritetään ja ylläpidetään tai muutetaan kohteen orientaatiota suhteessa ulkoiseen koordinaatistoon. Sitä käytetään erityisesti avaruusaluksissa ja drone- sekä robottijärjestelmissä, joissa kohteelle on tärkeää tukeva ja tarkka suunta. Avaruudessa asennonhallintaa hoitaa asennonhallintajärjestelmä (ACS), joka yhdistää mittauslaitteet, aktuaattorit ja ohjausalgoritmit halutun asennon saavuttamiseen tai ylläpitämiseen.

Mittauslaitteet antavat tietoa ruumiin suunnasta: gyroskoopit, tähtitunnistimet, aurinkotunnistimet, horisonttitunnistimet sekä magnetometrit kuuluvat yleisiin anturiryhmiin. Aktuaatteina käytetään esimerkiksi reaktiohyrröitä, ohjausmomenttigyroja sekä työntömoottoreita, ja joissain järjestelmissä magneettisia magnetorquer-telankoja. Nämä laitteet mahdollistavat sekä asennon mittaamisen että sen muuttamisen karttoen ulkoisiin häiriöihin.

Asennonarviointi ja tilanmuodostus perustuvat kulmanarvoihin ja rotaatioesityksiin, kuten Eulerin kulmat, kvaterniksiin, tai DCM:iin (direktion cosinusten matriisi). Tilan estimaatiossa käytetään usein Kalman-suodattimia tai täydentävää suodatusta, ja tähtitunnistimet auttavat korvaamaan gyroskoopin ajonaikaista virhettä.

Ohjausperiaatteet sisältävät esimerkiksi PD-/PID-ohjauksen, LQR:ää ja muita lineaarisia tai ei-lineaarisia ohjausmenetelmiä sekä momentum-hallintaa, jotta asetettu asento saavutetaan ilman ylitoimintaa. Ohjausmodit voivat olla inertiaalin osoitukseen perustuvaa, nadir- tai auringon suunnaukseen sekä detumbling-tilaa rotatoituvissa aluksissa.

Sovelluksia ovat satelliitit, avaruusalukset ja droonit sekä muut robottijärjestelmät. Haasteita ovat ulkoiset häiriöt, kuten gravitaatiogradientti, säteilypaine ja magneettikentän vaikutukset, sekä momentumin hallinta ja rajoitteet aktuaattoreissa ja sensoreissa.