Spacecraft Dynamics and Control -  Enrico Canuto,  Donato Carlucci,  Luca Massotti,  Carlos Perez Montenegro,  Carlo Novara

Spacecraft Dynamics and Control (eBook)

The Embedded Model Control Approach
eBook Download: PDF | EPUB
2018 | 1. Auflage
790 Seiten
Elsevier Science (Verlag)
978-0-08-101795-1 (ISBN)
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Spacecraft Dynamics and Control: The Embedded Model Control Approach provides a uniform way of approaching space engineering control problems from the standpoint of model-based control, using state equations as the key dynamic model for simulation, design and implementation. The book introduces model-based control design methodology for spacecraft attitude and orbit control. It then covers model-based estimation and control algorithm design, using spacecraft and environment dynamics as the core of the implemented control algorithms-referred to as the embedded (or internal) model. The book also presents two appendices, in which the state equation machinery is fully exploited and introduced.

Embedded model and noise estimators constitute a closed-loop state predictor to be stabilized by the estimator gains. Kalman filter optimization may be adopted under certain restricted assumptions. This book is indispensable for researchers and practitioners in the field of control engineering, aerospace engineering, mechanical engineering and applied mathematics.

  • Includes exercises within the text-not separated at the end of the chapter-for better understanding, training and application
  • Provides a uniform way of approaching space engineering control problems from the standpoint of model-based control
  • Presents method for including environment perturbations in the control unit embedded model and for estimating perturbation derivatives in presence of measurement noise MATLAB Simulink code available for modeling, simulating and analyzing multidomain dynamic systems


Enrico Canuto has designed the drag-free control of the successful European GOCE spacecraft. Recently he has studied and proved the integrated formation, drag-free and attitude control of the European Next Generation Gravity Mission. He also contributed to conception, design and implementation of on-ground test facilities for space qualification, among them the thrust stand Nanobalance. He has published several journal papers on the spacecraft control, based on the Embedded Model Methodology, which developed and applied to several applications. He has taught a course on Aerospace modelling and control at Politecnico di Torino.
Spacecraft Dynamics and Control: The Embedded Model Control Approach provides a uniform and systematic way of approaching space engineering control problems from the standpoint of model-based control, using state-space equations as the key paradigm for simulation, design and implementation. The book introduces the Embedded Model Control methodology for the design and implementation of attitude and orbit control systems. The logic architecture is organized around the embedded model of the spacecraft and its surrounding environment. The model is compelled to include disturbance dynamics as a repository of the uncertainty that the control law must reject to meet attitude and orbit requirements within the uncertainty class. The source of the real-time uncertainty estimation/prediction is the model error signal, as it encodes the residual discrepancies between spacecraft measurements and model output. The embedded model and the uncertainty estimation feedback (noise estimator in the book) constitute the state predictor feeding the control law. Asymptotic pole placement (exploiting the asymptotes of closed-loop transfer functions) is the way to design and tune feedback loops around the embedded model (state predictor, control law, reference generator). The design versus the uncertainty class is driven by analytic stability and performance inequalities. The method is applied to several attitude and orbit control problems. The book begins with an extensive introduction to attitude geometry and algebra and ends with the core themes: state-space dynamics and Embedded Model Control Fundamentals of orbit, attitude and environment dynamics are treated giving emphasis to state-space formulation, disturbance dynamics, state feedback and prediction, closed-loop stability Sensors and actuators are treated giving emphasis to their dynamics and modelling of measurement errors. Numerical tables are included and their data employed for numerical simulations Orbit and attitude control problems of the European GOCE mission are the inspiration of numerical exercises and simulations The suite of the attitude control modes of a GOCE-like mission is designed and simulated around the so-called mission state predictor Solved and unsolved exercises are included within the text - and not separated at the end of chapters - for better understanding, training and application Simulated results and their graphical plots are developed through MATLAB/Simulink code
Erscheint lt. Verlag 8.3.2018
Sprache englisch
Themenwelt Naturwissenschaften Physik / Astronomie
Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Technik Luft- / Raumfahrttechnik
Technik Maschinenbau
ISBN-10 0-08-101795-2 / 0081017952
ISBN-13 978-0-08-101795-1 / 9780081017951
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