Diseño e implementación de prototipo para un sistema de movimiento de la antena para la estación de operaciones satelitales del SETECLab

Abstract

En este documento se presentan los pasos realizados para desarrollar el diseño de un prototipo de rotores para el direccionamiento de la antena del Laboratorio de Sistemas Espaciales (SETECLab), ubicado en la sede de Cartago del Instituto Tecnológico de Costa Rica, en la Escuela de Electrónica. El objetivo principal de este prototipo fue lograr una operación que en general fuera más eficiente, donde una de las principales características era alcanzar una precisión mayor en el direccionamiento que la que posee el sistema actualmente implementado en el laboratorio. Dentro de las etapas expuestas en el documento se muestra cómo se obtuvieron las especificaciones requeridas por los rotores para dar inicio al diseño, entre las más importantes están el torque, la velocidad angular y la precisión de direccionamiento. Luego, se muestra el proceso para el diseño del mecanismo que debe ejecutar los movimientos necesarios para el correcto direccionamiento de la antena y la selección de los componentes necesarios para regular dichos movimientos. Posteriormente se realizó un análisis teórico del sistema que se había obtenido y se llevaron a cabo simulaciones para observar su respuesta ante una variedad de entradas. Basado en estas observaciones, se configuró un controlador para que lograra regular la respuesta del sistema y así producir la salida deseada. No se puso a prueba el controlador experimentalmente por lo que no se pudo observar que tan efectivo era y no se observó el comportamiento de direccionamiento del prototipo. Finalmente, se hicieron pruebas para verificar cuáles especificaciones se habían cumplido. En esta parte se muestra que se cumplieron la mayoría de las especificaciones para el mecanismo, sin embargo, el torque fue una especificación importante en la cual se falló.

In this document are presented the performed steps to develop the design of a rotators prototype for the pointing of the antenna from the Space Systems Laboratory (SETECLab), located in the School of Electronics at Instituto Tecnológico de Costa Rica, Cartago campus. The main objective of this prototype was to achieve a more efficient general operation, where one of the main characteristics was to reach a better pointing precision than the one in the current implemented system at the laboratory. The stages exposed in the document show how the required specifications for the rotators were acquired in order to begin the design, among the most important are the torque, angular velocity and precision for pointing. Furthermore, it is showed the process for the mechanism design which had to execute the necessary movements for the correct pointing of the rotators and the selection of the necessary components to regulate those movements. Subsequently, an analysis from the resulting system and several simulations were made in order to observe the response to different inputs. Based on these observations, a controller was configured to regulate the system response and produce the desired output. The controller was not tested experimentally, thus its effectiveness was not seen and the behavior of the pointing of the prototype was not observed. Finally, tests were made to verify which specifications were achieved. As a result, it was shown that most of the specifications for the mechanism were achieved, nevertheless, torque was an important specification in which there was a failure.