symulator satelity.pdf

KOŁO NAUKOWE AUTOMATYKÓW „ EXPERT ”

symulator ogniw słonecznych sztucznego satelity

ziemskiego sterowany magistral 1-Wire

1. Wst p

Jednym z podstawowych problemów techniki kosmicznej jest zapewnienie

odpowiedniej iloci energii tak by układy kosmiczne były w jak najwikszym stopniu

autonomiczne. Szczególnym przypadkiem

jest Midzynarodowa Stacja Kosmiczna, a

wczeniej stacja kosmiczna MIR, na

których energia elektryczna warunkuje

moliwo przeycia załogi. Sztuczne

satelity krce wokół Ziemi korzystaj z

energii elektrycznej wytworzonej we

własnych ogniwach fotowoltaicznych. Na

orbicie wokółziemskiej ogniwa pracuj w

szczególnych warunkach prawie

niespotykanych na powierzchni Ziemi.

Moduły nie s wystawione prawie w ogóle

na promieniowanie rozproszone –

wikszo energii dociera w postaci

promieniowania bezporedniego. Satelita

znajdujc si po jasnej (dziennej) stronie

Ziemi moe w całoci wykorzystywa

docierajc energi nie napotykajc

przeszkód w rodzaju chmur czy czciowego zacienienia. Z kolei znajdujc si po stronie

nocnej satelita jest całkowicie zacieniony przez Ziemi. Czynnikiem charakterystycznym dla

pracy na orbicie jest degradacja ogniw w wyniku oddziaływania ziemskiego pola

magnetycznego (pasy van Allena). Dodatkowo naley wzi pod uwag róne kty

nachylenia orbit satelitów do płaszczyzny orbity ziemskiej, w szczególnoci orbity

geostacjonarne (GEO – obiekt na okołorównikowej orbicie GEO znajduje si cały czas nad

tym samym punktem powierzchni Ziemi).

Rys. 1 - ISS - International Space Station – Midzynarodowa

Stacja Kosmiczna

- 1 -

KOŁO NAUKOWE AUTOMATYKÓW „ EXPERT ”

Rys. 2 - Naturalny układ Słoce – Ziemia – ziemski satelita

Przedstawiony schemat mona z powodzeniem przekształci nie tracc kluczowych

zalenoci geometrycznych w prostszy do zbudowania układ:

Rys. 3 - układ Słoce – Ziemia – ziemski satelita równowany naturalnemu

- 2 -

KOŁO NAUKOWE AUTOMATYKÓW „ EXPERT ”

2. Opis układu mechanicznego

W celu jak najlepszego odtworzenia geometrii układu naturalnego tworzona

mechanika musi zawiera połczenia wieloobrotowe pomidzy kolejnymi czciami, tak by

nie ogranicza ruchów typu orbitalnego.

ogniwo słoneczne

Rys. 4 – Schemat kinematyczny

Główna o układu napdzana jest zaadaptowanym z samochodu (napd wycieraczek)

silnikiem prdu stałego połczonym z układem przekładni pasowych.

piasta osi głównej

silnik prdu stałego

o główna

koła pasowe

Rys. 5 - Szczegóły budowy podstawy

- 3 -

KOŁO NAUKOWE AUTOMATYKÓW „ EXPERT ”

Przegub odpowiedzialny za ustawianie kta nachylenia orbity („kołyska”) napdzany

jest za pomoca silnika krokowego poprzez przekładni limakow. Takie rozwizanie

zapewni duy moment skrcajcy jak równie bardzo podan w tym miejcu

samohamowno. Kt nachylenia orbity mierzony jest z uyciem inkrementalnego enkodera

optycznego o rozdzielczoci 1000 punktów na obrót.

przekładnia zbata

enkoder

przekładnia limakowa

silnik DC z tachoprdnic

silnik krokowy

Rys. 6 – Szczegóły budowy „kołyski”

Za ruch orbitalny satelity wokół Ziemi odpowiedzialne jest obracajce si rami

napdzane silnikiem prdu stałego sprzonym z tachoprdnic. Tachoprdnica pozwala

lepiej stabilizowa prdko obrotow ni enkoder, poniewa nie ma potrzeby odtwarzania

prdkoci z sygnału połoenia.

Do napdu kolejnych przegubów słucych do pozycjonowania ogniwa słonecznego

uyto niewielkich silników prdu stałego pochodzcych z napdów stacji CD-ROM.

- 4 -

KOŁO NAUKOWE AUTOMATYKÓW „ EXPERT ”

3. Układ sterowania

Opomiarowanie i sterowanie całym układem opiera si na transmisji cyfrowej z

wykorzystaniem magistrali 1-wire. Rozwizanie taki przyjto ze wzgldu na minimaln ilo

okablowania potrzebn do zapewnienia transmisji. W projekcie tym jest to o tyle wane, e z

uwagi na konieczno połcze lizgowych minimalizowana jest ilo potrzebnych cieek i

szczotek. W praktyce wystarczaj trzy cieki: zasilanie, masa i magistrala 1-wire.

Gama dostpnych urzdze 1-wire oferownych przez firm Maxim/Dallas nie do koca

odpowiada wymaganiom tego projektu, dlatego na potrzeby sterowania silnikami stworzono

własne układy 1-wire na bazie mikrokontrolerów z rodziny PIC firmy Microchip.

Stworzone układy odpowiadaj za generowanie sygnałów PWM (sterowanie silnikami

DC), generowanie sekwencji sterujcych dla silnika krokowego oraz zliczani impulsów

enkodera inkrementalnego.

Wykorzystane układy gotowe obejmuj 4-kanałowy przetwornik A/C słucy do

pomiaru napicia na ogniwach słonecznych, układy cyfrowego wejcia-wyjcia GPIO

obsługujce wyłczniki kracowe oraz cyfrowe klucze słuce jako uniwersalne wyłczniki np

zasilania.

Cała magistrala podłczona jest do komputera klasy PC za pomoc konwertera

magistrali 1-wire na standard RS-232. Programowa obługa odbywa si z poziomu

rodowiska MATLAB/Simulink. W nakładce Simulink stworzono wygodne w obsłudze bloczki

dla kadego z urzdze znajdujcych si na magistrali. W tym celu zaadaptowane zostały

funkcje jzyka C udostpnione przez firm Maxim/Dallas. Na ich podstawie napisane zostały

S-funkcje, które posłuyły do wygenerowania bloczków.

4. Podsumowanie

Projekt realizowany jest jako praca magisterska członków Koła. Wci pojawiaj si

nowe pomysły, nowe rozwizania. Burzliwa ewolucja projektu sprawia, e przedstawiony opis

moe nie do koca odpowiada rzeczywistej realizacji. Rozwizano ju wiele problemów,

wiele wci pozostaje do rozwizania.

Wszystkich zainteresowanych obejrzeniem i bliszym poznaniem omawianego

projektu prosimy o wczeniejszy kontakt.

Tomasz Białek

tbialek@student.uci.agh.edu.pl

Krzysztof Hajzyk

technik@ds5.agh.edu.pl

- 5 -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: