Lokomotions-Regelung eines mobilen Asteroiden-Scouts in Mikrogravitation

Abstract

Gegenwärtig kommen bei Asteroidenexplorationen mithilfe kleiner Lander Hüpfmechanismen zur Fortbewegung über die Oberfläche zum Einsatz. Das DLR hat zur Erforschung den Lander MASCOT entwickelt. Dieser wird bisher nicht durch eine Regelung unterstützt, sondern springt mithilfe generierter Bewegungsabläufe über den Asteroiden. Das System ist damit sehr stör- und fehleranfällig. Durch den Einsatz eines Reglers sowie einer besseren Steuerung des gesamten Prozesses sollen diese Probleme in der Zukunft behoben werden. Der Lander soll sich nach einem Absprung so drehen, dass er mit der richtigen Seite nach unten aufkommt und eine Ruhelage einnimmt, um Messungen durchführen zu können. Ziel hierbei ist auch die deutliche Reduzierung der Folgesprünge. In dieser Arbeit werden ein validiertes Modell des Landers entwickelt und systembezogene Untersuchungen durchgeführt. Die Güte der Regelung wird unter Verwendung der objektorientierten Modellierungssprache Modelica untersucht und bewertet. In den Simulationen werden ein PD-Regler und ein trivialer Beobachter verwendet. Es erfolgt die Entwicklung einer Regelung mit verschiedenen Betriebsmodi sowie die Implementierung einer Bodenkontakterkennung. Mit einer Hysterese wird sichergestellt, dass die Regelung erst eingeschaltet wird, wenn der Lander in Richtung Oberfläche fliegt. Durch eine Referenzwinkeländerung vor und während des Auftreffens auf dem Boden gelingt es, dem System Energie zu entziehen. In einer Kombination mit dem gezielten Ein- und Ausschalten des Reglers führt dies zu einer starken Reduzierung von Folgesprüngen. Vereinzelt bleibt der Lander bereits nach dem ersten Auftreffen auf der richtigen Seite liegen. Unter Einsatz des entwickelten Regelungskonzepts werden die Einflüsse verschiedener Störungen untersucht und Lösungsansätze vorgestellt.