Dieser Kurs ist Teil der Spezialisierung Spezialisierung Advanced Spacecraft Dynamics and Control

Hanspeter Schaub

von

Spezialisierung Advanced Spacecraft Dynamics and ControlUniversity of Colorado Boulder

Über diesen Kurs

4.220 kürzliche Aufrufe

This course is part 1 of the specialization Advanced Spacecraft Dynamics and Control. It is a direct continuation of the Coursera specialization Spacecraft Dynamics and Control.  This first course focuses on nonlinear attitude feedback control using a range of angular momentum devices.  The course provides a comprehensive review of prerequisite material.  Next it develops equations of motion of a spacecraft with momentum exchange devices such as reaction wheels (RWs), control momentum gyroscopes (CMGs) and variable speed control moment gyroscopes (VSCMGs). 
The course discusses developing a complex spacecraft simulation with a number VSCMGs and how to approach debugging such complex software.  The use of the work/energy theorem is discussed to assist with debugging the simulation by validating angular momentum, energy, changes in momentum and mechanical power. 

Further, the use of null motion is explored to reconfigure the attitude control devices to avoid singularities and gimbal lock.  The redundancy is exploited to seek control solutions that avoid classical CMG singularities.

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Spezialisierung Advanced Spacecraft Dynamics and Control

Stufe „Fortgeschritten“

Graduate course on Spacecraft Dynamics and Control, background in vector calculus, linear algebra, basic differential equations.

Ca. 45 Stunden zum Abschließen

Englisch

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Was Sie lernen werden

Developing spacecraft equations of motion with momentum exchange devices
Writing and validating complex spacecraft simulations
Exploiting momentum device nullmotion to avoid singularities.

Kompetenzen, die Sie erwerben

Variable Speed Control Moment Gyroscopes
Control Moment Gyroscopes (CMGs)
Nonlinear Attitude Control
RW Performance Envelopes
Reaction Wheels

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Dozent

Hanspeter Schaub

Glenn L. Murphy Chair in Engineering, Professor

Department of Aerospace Engineering Sciences

28.794 Lernende

7 Kurse

von

University of Colorado Boulder

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Lehrplan - Was Sie in diesem Kurs lernen werden

Woche1

Woche 1

4 Stunden zum Abschließen

Revisiting Basics of Spacecraft Kinematics

4 Stunden zum Abschließen

8 Videos (Gesamt 116 min)

8 Videos

Welcome to the Course!2mVector Notation 17mAngular Velocity Vector4mVector Differentiation13m Direction Cosine Matrix7mPrincipal Rotation Vector17mEuler Parameters (Quaternions)23mModified Rodrigues Parameters (MRPs)29m

7 praktische Übungen

Vector Notation10mAngular Velocity Vector 10mVector Differentiation30mDirection Cosine Matrix10mPrincipal Rotation Vector20mEuler Parameters30mModified Rodrigues Parameters (MRPs)30m

Woche2

Woche 2

4 Stunden zum Abschließen

Revisiting Basics of Spacecraft Kinetics

4 Stunden zum Abschließen

7 Videos (Gesamt 101 min)

7 Videos

Super Particle Theorem17mKinetic Energy6mMomentum of a General System4mRigid Body Rotational Angular Momentum10mInertia Matrix Properties53mRigid Bodies Equations of Motion3mRigid Body Kinetic Energy4m

7 praktische Übungen

Super Particle Theorem15mKinetic Energy10mMomentum of a General System10mRigid Body Rotational Angular Momentum 15mInertia Matrix Properties 30mRigid Bodies Equations of Motion45mRigid Body Kinetic Energy15m

Woche3

Woche 3

7 Stunden zum Abschließen

Revisiting the Basics of Nonlinear Spacecraft Control

7 Stunden zum Abschließen

11 Videos (Gesamt 158 min)

11 Videos

Stability Definitions12mStability of a Linearized System14mDefinite Definitions14mLyapunov Functions12mStability Definitions of Time Dependent Systems4mStability Analysis of Time Dependent Systems22mRigid Body Detumbling16mRigid Body Detumbling (Part 2)13mLyapunov Functions for Attitude Coordinates7m3-Axis Attitude Feedback Control27mAsymptotic Convergence of Attitude Control11m

9 praktische Übungen

Stability Definitions15mStability of a Linearized System30mDefinite Definitions20mLyapunov Functions30mStability and Time Dependent Systems30mRigid Body Detumbling20mLyapunov Functions for Attitude Coordinates10m3-Axis Attitude Feedback Control1h 30mAsymptotic Convergence of Attitude Control20m

Woche4

Woche 4

14 Stunden zum Abschließen

VSCMG Dynamics

14 Stunden zum Abschließen

12 Videos (Gesamt 139 min)

12 Videos

Motivation for Studying VSCMG's18mVSCMG Coordinate Frames14mVSCMG Momentum Vectors15mTime Varying Gimbal Frame Vectors15mVSCMG Equation of Motion Development9mVSCMG Equation of Motion Discussion16mRW Motor Torque Equation13mCMG Motor Torque Equation5mSingle RW or CMG Simplification8mSpacecraft with Multiple VSCMGs2mHow to Debug VSCMG Numerical Simulations9mWork/Energy Principle for VSCMGs8m

10 praktische Übungen

Motivation for Studying VSCMG's 10mVSCMG Coordinate Frames10mVSCMG Momentum Vectors45mTime Varying Gimbal Frame Vectors30mVSCMG Equations of Motion3hRW Motor Torque Equation30mCMG Motor Torque Equation10mSingle VSCMG Simulation4hSpacecraft Simulation with 4 VSCMGs2hWork/Energy Principle for VSCMGs30m

Über den Spezialisierung Advanced Spacecraft Dynamics and Control

This Specialization on advanced spacecraft dynamcis and control is intended for experienced spacecraft dynamics and GNC engineers and researchers. It is assumed the viewer has completed the prior spacecraft dynamics specialization already. Through 3 courses we cover the topics of momentum-based attitude dynamics and control, we derive analytical methods to model complex spacecraft systems, and finally conclude with a captstone project course. After this course you will be prepared to model the dynamics of spacecraft systems with time varying components (reacton wheels, CMS, deployable panels, etc.).

Häufig gestellte Fragen

Wann erhalte ich Zugang zu den Vorträgen und Aufgaben?
Der Zugang zu Vorlesungen und Aufgaben hängt von der Art Ihrer Anmeldung ab. Wenn Sie einen Kurs im Gastmodus belegen, können Sie die meisten Kursmaterialien kostenlos einsehen. Um auf benotete Aufgaben zuzugreifen und ein Zertifikat zu erhalten, müssen Sie während oder nach Ihrer Gastphase das Zertifikat erwerben. Wenn Sie die Gastoption nicht sehen:
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Ist finanzielle Unterstützung möglich?
Ja. Für ausgewählte Lernprogramme können Sie finanzielle Unterstützung oder ein Stipendium beantragen, wenn Sie sich die Anmeldegebühr nicht leisten können. Wenn für das von Ihnen gewählte Lernprogramm finanzielle Unterstützung oder ein Stipendium verfügbar ist, wird auf der Beschreibungsseite ein Link zu einem solchen Antrag angezeigt.
I have not complete the first coursera specialization on "Spacecraft Dynamics and Control". Can I jump right into this advanced version?
No, that is not recommended. This course assumes you know the content of the earlier courses and only provides a review of prerequisite material, not an in depth discussion.

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Attitude Control with Momentum Exchange Devices

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