Bƣớc 1 là xây dựng mô hình toán học mô tả động lực học của vệ tinh nhƣ một cơ hệ có chứa tham số điều khiển và sử dụng mô hình để phân tích các bài toán cơ bản về xác định tƣ thế vệ tinh và điều khiển tƣ thế vệ tinh bằng cơ cấu chấp hành nhƣ: bài toán quan sát, bài toán xây dựng các điều khiển mạch kín và mạch hở để đƣa vệ tinh về tƣ thế mong muốn, …Một số nội dung nâng cao có thể cần nghiên cứu thông qua việc sử dụng mô hình toán học nhƣ xem xét vệ tinh nhƣ một cơ hệ đàn hồi, phân tích các yêu tố nhiễu động bên ngoài tác động vào vệ tinh dƣới dạng các bài toán điều khiển hệ thống chịu nhiễu. Dựa vào các mô hình toán học nói trên, ta có thể xây dựng môđun phần mềm để ƣớc lƣợng và điều khiển (estimation & control software modul).
Bƣớc 2 là xây dựng các thuật toán và phần mềm mô phỏng dựa trên mô hình toán học và mô hình vật lý để phân tích thiết kế hệ ADCS. Trong giai đoạn này sẽ tiến hành
tổng hợp, thực hiện ƣớc lƣợng và điều khiển trong thời gian thực của cơ cấu chấp hành, đối tƣợng điều khiển và các cảm biến. Trong mô hình này có thể có một số thiết bị thật, tuy nhiên một số thiết bị chƣa phải là thật mà chỉ là dƣới dạng mô hình vật lí và một số yếu tố vẫn phải mô phỏng bằng toán học. Trong quá trình mô phỏng bán vật lí này thƣờng sử dụng các phần mềm nhúng và các công cụ MATLAB/Simulink và Real Time Workshop, mô hình vật lí của vệ tinh với một số thiết bị thật. Phƣơng pháp mô hình hoá và mô phỏng nói trên là rất hiệu quả để đạt đƣợc mục đích thiết kế bởi nhờ công cụ đó sẽ tiết kiệm đƣợc rất nhiều thời gian và chi phí thiết kế chế thử vì trong các giai đoạn tiếp theo sử dụng thiết bị thật sẽ rất tốn kém và gặp nhiều khó khăn nếu cần phải chỉnh sửa.
Bƣớc 3 là bƣớc thực hiện thiết kế chế tạo hệ ADCS và thử nghiệm trên mặt đất trong điều kiện gần đúng với môi trƣờng vũ trụ (ví dụ nhƣ thử nghiệm trong buồng chân không - nhiệt) có gắn các cảm biến để đánh giá tổng hợp chất lƣợng của các mô đun cũng nhƣ các bộ phận có liên quan của hệ ADCS.
Với việc lựa chọn phần cứng và phần mềm, quá trình tổng hợp và thiết kế chƣơng trình của môđun ƣớc lƣợng và điều khiển đƣợc thực hiện xuyên suốt từ “Mô hình toán học - mô phỏng - lập trình - chạy hiệu chỉnh - thực hiện thực tế”. Quá trình này sẽ thực hiện vài bƣớc lặp lại, với sự thay đổi cấu trúc hoặc tham số điều khiển để đạt đƣợc mục đích thiết kế, có thể phải chỉnh sửa lại cả kết cấu cơ khí, cơ cấu chấp hành và các cảm biến. Thực hiện quá trình thiết kế trên cơ sở tiến trình này sẽ tạo ra hệ thống cơ điện tử có chất lƣợng và độ tin cậy cao, giảm đƣợc thời gian thiết kế và giá thành, nâng cao độ chính xác, giảm tiêu hao năng lƣợng cho điều khiển tƣ thế vệ tinh.
Chế tạo một vệ tinh nhỏ QSTĐ và phóng vệ tinh lên quỹ đạo rất tốn kém (lên đến hàng trăm triệu USD). Khác với các thiết bị ở mặt đất, vệ tinh sau khi đƣa lên quỹ đạo rồi thì không thể sửa chữa đƣợc, vì vậy không đƣợc phép có bất kỳ sai sót nào trong việc chế tạo các hệ thống của vệ tinh nói chung và hệ thống ADCS nói riêng. Do đó việc kiểm tra và thử nghiệm hệ thống ADCS trƣớc khi lắp lên vệ tinh là một khâu cực
kỳ quan trọng. Thiết bị kiểm tra ADCS này thƣờng đƣợc gọi là ADCS test-bed, thực
chất là một thiết bị mô phỏng vật lý hoặc bán vật lý cho nên còn gọi là ADCS simulator.
Ngoài ra để thử nghiệm các giải pháp phần mềm và phần cứng của hệ thống ADCS cũng cần có thiết bị mô phỏng. Mô phỏng toán học thƣờng không phản ánh đƣợc hết các “tiểu tiết” ví dụ độ rơ, độ nhạy của các cảm biến, độ phi tuyến của các phần tử trong hệ thống…, trong thực tế nhiều khi hệ thống bị mất ổn định chính vì những “tiểu tiết này”. Vì vậy mô phỏng toán học có ý nghĩa ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu có thể thử rất nhiều giải pháp khác nhau, tuy nhiên để kết luận các giải pháp phần mềm và phần cứng có ứng dụng đƣợc trong một hệ thống cụ thể thì vẫn cần thử nghiệm bằng các thiết bị mô phỏng vật lý hoặc bán vật lý. Hơn nữa các thiết bị này là một công cụ hữu hiệu phục vụ cho công tác đào tạo. Vì vậy, trên thế giới hiện nay có khá nhiều thiết bị mô phỏng ADCS ở các cơ sở công nghệ vệ tinh và các khoa hàng không-vũ trụ của trƣờng đại học lớn trên thế giới.
- Mô hình cơ học của vệ tinh (Kết cấu cơ khí có các đặc trƣng động lực học giống vệ tinh)
- Các cảm biến
- Máy tính nhúng + phần mềm - Môđem VTĐ
- Hệ thống cơ cấu chấp hành để điều khiển chuyển động và tƣ thế - Bộ nguồn điện
Môđem VTĐ
Máy tính giám sát và điều khiển