Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design of spacecraft attitude determination system using MEMS sensors
KTH, School of Electrical Engineering (EES).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The CubeProp module is a propulsion module developed by NanoSpace AB that will fly on-board the MIST CubeSat in 2017. NanoSpace is interested in developing an attitude determination system for the Cube-Prop module that also can be used to measure the performance of the thrusters in space. In this thesis such a system is designed and the performance is validated through numerical simulation. A method for testing the system is also chosen.

The first step in designing the system is to perform a requirement analysis. This analysis leads to the decision of using only commercially available MEMS sensors. The MAX21000 gyroscope is chosen to be used after performing an initial performance calculation of the sensor together with a market survey. To determine how many gyroscopes of this types that are needed, simulations for attitude determination systems with 1, 2 and 3 gyroscopes are performed. Based on these simulations the thrust is calculated using a thrust measurement algorithm and it is concluded that the system should consist of 2 gyroscopes. The attitude determination performance and the de-spin performance is then simulated for this dual gyroscope system.

The results from the simulations show that by using a dual gyroscope system the thrust can be determined down to a size of 10 µN. The mean error of the attitude after a 90 ° rotation is 0.049 °. A rotation around the z-axis of 1 ° s−1 can be de-spun so that the rotation around any body-axis is smaller then 0.02 ° s−1. The best way to test a real life model of this system is by using an air bearing table as the attitude determination and the control system can be tested simultaneously.

Abstract [sv]

CubeProp modulen är en framdrivningsmodul avsedd för CubeSats som är utvecklad av NanoSpace AB i Uppsala. Modulen kommer att vara ett av ett flertal experiment ombord satelliten MIST som ska skjutas upp år 2017. NanoSpace vill utveckla ett system som ska sitta på CubeProp modulen för att kunna bestämma riktningen och rotationen av satelliten. Dessutom vill dom kunna mäta prestandan på modulens raketmotorer. I det här arbetet utvecklas ett sådant system och dess prestanda är utvärderad med hjälp av en numerisk simulering. Metoder för att testa en fysisk version av systemet utvärderas också.

I det första steget i designprocessen görs en kravanalys. Denna analys leder till beslutet att fokusera på MEMS sensorer som redan finns ute på marknaden. Genom att göra enklare prestandaberäkningar och en marknadsundersökningar så valdes gyroskopsensorn MAX21000 för att användas i systemet. För att bestämma antalet sensorer så gjordes ett antal simuleringar med olika system som bestod av 1, 2 och 3 sensorer. Genom att att använda en egenutvecklad algoritm så beräknas den levererade kraften från raketmotorerna ut med hjälp av dom olika simuleringarna. Baserat på detta så räcker det med att använda 2 gyroskopsensorer för att systemet ska få den krävda prestandan. Prestandan i riktningsbestämmelse samt prestandan för att bromsa en rotation simuleras sedan enbart för ett system med 2 sensorer.

Simuleringarna visar att detta system kan bestämma kraften från motorerna ner till en kraft på 10 µN. Medelstorleken i riktningsavikelse är enbart 0.049 ° efter en 90 ° rotation kring en axel. En initial rotation runt z-axeln på 1 ° s−1 kan stoppas av systemet så att rotationshastigheten kring alla axlar är mindre än 0.02 ° s−1. Det bästa sättet att testa en fysisk version av systemet är att använda air bearing tables eftersom man med hjälp av dessa samtidigt kan utvärdera riktningsbestämmelsen och kontrollsystemet.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 62 p.
Series
EES Examensarbete / Master Thesis, TRITA EE 2016:004
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-187663OAI: oai:DiVA.org:kth-187663DiVA: diva2:930969
Examiners
Available from: 2016-05-26 Created: 2016-05-26 Last updated: 2016-05-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1083 kB)154 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1083 kBChecksum SHA-512
c3dda6b10c2b65a667cf19d6aa5162fe0ad5216bc8b9e2e02d8fee464988936a9ec215b0cde1dcf01df2df5bab7ad2d425f8eeef457e666d6c85f664289ed69a
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Electrical Engineering (EES)
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 154 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 132 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf