Progetto e implementazione di filtri per la stima della velocità angolare su piattaforma inerziale

Negli ultimi anni hanno iniziato a prendere sempre più piede le missioni spaziali operate con nano-satelliti, satelliti dal peso e costo ridotto per cui sono stati definiti standard internazionali (es. CubeSat). Per il successo di qualunque missione operata con satelliti, si è rivelata obbligatoria la progettazione e creazione di sistemi di sperimentazione a terra di tutti i vari sottosistemi, fra cui l’Attitude Determination and Control System (ADCS). Questo può essere testato grazie all’utilizzo di un cuscinetto ad aria collegato a una piattaforma inerziale che, attraverso un sistema di bilanciamento automatico, permette di compensare la coppia di gravità dovuta alla non coincidenza del centro di massa della piattaforma con il suo centro di rotazione. Per questo scopo, il Laboratorio di Microsatelliti e Microsistemi Spaziali dell’Università di Bologna sfrutta tre piccole masse movimentate da tre stepper motor, in base alla posizione comandata da un microcontrollore e calcolata in base all'assetto della piattaforma letto da una IMU. I motori permettono di spostare le masse con una risoluzione molto fine (micrometri), tuttavia il rumore della IMU induce un errore nella posizione attuata dai motori. Per ridurre al minimo questi errori e migliorare le prestazioni del sistema di bilanciamento, nel lavoro di tirocinio e tesi sono stati sviluppati e implementati filtri digitali attraverso un microcontrollore collegato alla IMU, in continua comunicazione con un calcolatore per la ricezione in tempo reale dei dati. In questa trattazione viene illustrata la progettazione di tre filtri digitali partendo dalla loro implementazione su MATLAB, sino al loro funzionamento, test e ottimizzazione una volta inseriti all’interno del microcontrollore collegato direttamente alla piattaforma.