KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

Like dokumenter
EKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

LØSNING TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy. Kontinuasjonseksamen

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

KONTINUASJONSEKSAMEN Tirsdag STE 6159 Styring av romfartøy Løsningsforslag

Avdeling for teknologi Sivilingeniørstudiet RT. Løsningsforslag til eksamen i STE6122 Styring av romfartøy Fredag

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

,QQOHGQLQJ 3-1/ )DJ 67( 6W\ULQJ DY URPIDUW \ / VQLQJVIRUVODJ WLO YLQJ

,QQOHGQLQJ 3-1/ )DJ 67( 6W\ULQJ DY URPIDUW \ / VQLQJVIRUVODJ WLO YLQJ

STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO

STE 6219 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Norges Informasjonstekonlogiske Høgskole

Løsningsforslag MAT102 Vår 2018

EKSAMEN I NUMERISK MATEMATIKK(TMA4215) Lørdag 20. desember 2003 Tid: 09:00 14:00, Sensur:

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

KORT INTRODUKSJON TIL TENSORER

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Fiktive krefter. Gravitasjon og planetenes bevegelser

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for Ingeniørutdanning

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS Elektromagnetisme Fredag 31. august 2012 Kl 09:00 13:00 adm. Bygget, rom B154

EKSAMENSOPPGAVE. Oppgavesettet er på 5 sider inklusiv forside Kontaktperson under eksamen: Stian Normann Anfinsen Telefon:

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-0100

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

Eksamensoppgave i MA0002 Brukerkurs i matematikk B - LØSNING

STE6221 Sanntidssystemer Løsningsforslag kontinuasjonseksamen

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

STE6221 Sanntidssystemer LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende).

EKSAMEN I EMNE TDT4195/SIF8043 BILDETEKNIKK ONSDAG 19. MAI 2004 KL

UTSETT EKSAMEN VÅREN 2006 SENSORTEORI. Klasse OM2 og KJK2

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

Fiktive krefter. Gravitasjon og ekvivalensprinsippet

Emne 10 Litt mer om matriser, noen anvendelser

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1001

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

Eksamensoppgave i TMA4110/TMA4115 Calculus 3

EKSAMENSOPPGAVER FOR TMA4110/TMA4115 MATEMATIKK 3

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

UNIVERSITETET I OSLO

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 1.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I EMNE TDT4195 BILDETEKNIKK TORSDAG 9. JUNI 2011 KL

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

EKSAMENSOPPGAVE. Dato: Fredag 01. mars Tid: Kl 09:00 13:00. Administrasjonsbygget B154

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt, asymmetrisk brønnpotensial

EKSAMEN I FAG SIF4062 FASTSTOFFYSIKK VK Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk Tirsdag 8. mai 2001 Tid: Sensur faller 29.

Universitet i Bergen. Eksamen i emnet MAT121 - Lineær algebra

UNIVERSITETET I OSLO

2 = 4 x = x = 3000 x 5 = = 3125 x = = 5

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Mekanikk 1/19/2017. Forelesning 3: Mekanikk og termodynamikk

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

FYSIKK-OLYMPIADEN

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Torsdag 12. august 2004 kl

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

Løsningsforslag til øving 3

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

EKSAMEN I MA0002 Brukerkurs B i matematikk

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Løsning til øving 17 for FY1004, våren 2008

Matematikk og fysikk RF3100

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 3: Mekanikk, termodynamikk og elektromagnetisme

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

Eksamen 1T, Høsten 2012

FYSIKK-OLYMPIADEN

Obligatorisk oppgave i fysikk våren 2002

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN. EMNE: FYS 119 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 119 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

EKSAMEN RF3100 Matematikk og fysikk

UNIVERSITETET I OSLO

Det matetmatisk-naturvitenskapelige fakultet Midtveis -eksamen i AST1100, 10 oktober 2007, Oppgavesettet er på 6 sider

UNIVERSITETET I OSLO

IR Matematikk 1. Utsatt Eksamen 8. juni 2012 Eksamenstid 4 timer

Transkript:

+ *6.2/(1, 1$59,. Institutt for data-, elektro-, og romteknologi Sivilingeniørstudiet RT Side 1 av 4 KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

Tid: Tirsdag 07.05.2002, kl: 09:00-12:00 Tillatte hjelpemidler: Godkjent programmerbar kalkulator, med tomt minne. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Eksamen består av 4 sider (derav 1 side med formler) og 5 oppgaver. Faglærer: Førsteamanuensis, Dr.ing. Per J. Nicklasson, Tlf. 76 96 64 01 Oppgavenes vekt er angitt i prosent av total poengsum.

Side 2 av 4 D) Forklar hva som menes med begrepet NYDWHUQLRQHU. Hvilke fordeler har bruken av kvaternioner fremfor andre metoder som brukes til samme formål? E) Anta at en vilkårlig rotasjonsmatrise [$ ) ] er gitt. Matrisen har egenvektoren H (egenverdi 5 1). Angi elementene i kvaternionvektoren T som funksjoner av elementene i H og vinkelen ). F) Forklar hvordan vinkelen ) kan beregnes fra elementene i [$ ) ]. G) Anta at et legeme utsettes for to etterfølgende rotasjoner relativt et referansesystem. Kvaternionvektorene for de to rotasjonene er henholdsvis T og TU. Forklar hvordan kvaternionvektoren TUU for den totale rotasjonen kan beregnes. D) Anta at et legeme settes i en ren rotasjonsbevegelse. Etter at bevegelsen er satt i gang, virker det ingen eksterne momenter på legemet. Forklar hvordan og hvorfor orienteringen av legemet vil endre seg dersom det internt i legemet dissiperes energi. E) Forklar hva som menes med nutasjonsbevegelse for et roterende legeme. Tegn en skisse av et sylindrisk legeme som spinner med nutasjon, og angi nutasjonsvinkelen. F) Anta at orienteringen til en satellitt skal stabiliseres vha. spinn om én akse. Hvilke begrensninger vil et passivt system for nutasjonsdempning ha? Foreslå et alternativt system som ikke har disse begrensningene. G) Utled de dynamiske bevegelsesligninger som gjelder for et stivt legeme som roterer fritt uten ytre påvirkninger relativt et inertielt referansesystem. En satellitt beveger seg i en bane rundt et sentralt legeme. Et banefast referansesystem er definert med enhetsvektorene N "U/ U, M ŸY U / Y U, L M N,derU er vektoren fra det sentrale legemet til satellitten, og Y er satellittens banehastighet. Banereferansesystemet roterer pga. banebevegelsen relativt et (inertielt) referansesystem i det sentrale legemet. I det følgende benyttes Y Y ogu U. D) Utled vinkelhastighetene F L, F M,ogF N om enhetsvektorene L, M,ogN, uttrykt vha. enhetsvektorene og deres tidsderiverte. E) Det kan vises at F L 1 U Y U Y ŸY U for en generell bane. Vis at F L q 0. F) Det kan også vises at for generelle baner får en F M "1/ŸU 2 Y U Y ŸU Y U " ŸU 2 Y,ogF N 1/Ÿ U Y U 2 U U ŸY U U.Visatforen sirkulær bane blir F M F 0 Y/U, og at for en Keplarsk bane blir dessuten F N 0. G) Hva blir elementene i vinkelhastighetsvektoren Z 5, av det banefaste referansesystemet relativt det inertielle systemet, dersom banen er sirkulær?

Side 3 av 4 Det skal designes et aktivt dempesystem for en satellitt med et gravitasjonsbasert stabiliseringssystem for orientering. Feltvektoren til jordas magnetfelt benevnes % % [ % \ % ] 7 og den magnetiske dipolvektoren som settes opp vha. spoler i satellitten benevnes 0 0 [ 0 \ 0 ] 7. D) Utled et uttrykk på komponentform for det mekaniske momentet som oppstår pga. interaksjonen mellom jordas magnetfelt og magnetfeltet som settes opp i satellitten. E) Er det generelt mulig å oppnå stabilisering om alle 3 akser ved å benytte magnetisk dempning? Forklar. F) Forklar hvordan en kan finne komponentene i vektoren 0 dersom momentet 7 F som må påtrykkes satellitten er kjent. Du kan anta at for dette tilfellet er 0 vinkelrett på %. G) Styrken av jordas magnetfelt % er omtrent 7.96 10 15 /5 3 Wb/m 2,der5er avstanden fra jordsenteret. La oss anta at det er en gjennomsnittlig vinkel på ) 30 R mellom den magnetiske dipolen 0 satt opp av spolene i satellitten, og retningen til %. Antavidereat0 100 Am 2, og at satellitten utsettes for en forstyrrelse med absoluttverdi 7 G 15 10 "6 Nm, i en geostasjonær bane med høyde 35786 km. Avgjør vha. beregninger om det vil være mulig å benytte det magnetiske systemet til å stabilisere satellitten. 2SSJDYH ( %) De lineariserte bevegelsesligningene for en gravitasjonsstabilisert satellitt i sirkulær bane rundt jorden, er gitt på generell form som: 7 G[ 7 F[, [ C 4F 0 2 Ÿ, \ ", ] C F 0 Ÿ, \ ", ] ", [ E K Z[ " F 0 K Z] " E K Z\0 " CF 0 K Z\0 7 G\ 7 F\, \ 2 3F 0 2 Ÿ, [ ", ] 2 K Z\ 7 G] 7 F], ] E F 0 Ÿ, ], [ ", \ C F 0 2 Ÿ, \ ", [ K Z] F 0 K Z[ C K Z\0 " EF 0 K Z\0 D) Anta at en gitt type satellitter ikke har mulighet for stabilisering vha. noen form for spinnbaserte pådragsorganer, at treghetsmatrisen er gitt som [,]k[], og at det er snakk om saktevarierende endringer i Euler-vinklene. Sett opp differensialligningene som beskriver satellittens rotasjon. Er det mulig å få til gravitasjonsbasert stabilisering i dette tilfellet? Forklar. E) Anta at den generelle modellen tilnærmes med et sett med tre dekoblede andreordens differensialligninger. Foreslå en enkel regulatorstruktur for stabilisering av orienteringen. F) Anta at det er nødvendig at satellitten kan utføre store og hurtige endringer av orientering med svært store krav til nøyaktighet. Kan den generelle modellen over fortsatt benyttes ved utvikling av styrealgoritmer? Grunngi svaret. G) I enkelte tilfeller er det aktuelt å minimalisere vinkeldreiningene som en satellitt må utføre for å komme fra en orientering til en annen ønsket orientering. Forklar hvordan dette kan gjøres.

Side 4 av 4 Formelsamling og parametre

Totalenergi for enhetsmasse: ŸY 2 /2 Ÿ6/U " Ÿ6/2D Rakettligningen: " 9/ŸJ, VS P I P L e Ellipsen: $ =DE, H ŸU D " U S /ŸU D U S, D ŸU D U S /2, E D 1 " H 2 Inverst kvadratisk kraftfelt: ) *P 1 P 2 /U 3 U Keplar s tidsligning: ŸW " W S Ÿ2=/7 ŸW " W S Q 0 E " Hsin E Keplar s tredje lov: 7 2= D 3 /6 2=/Q Sann og eksentrisk anomali: cosÿe H cosÿ2 / 1 HcosŸ2,sinŸE sinÿ2 1 " H 2 / 1 HcosŸ2 Differansen av to vinkler: sinÿ) " * sin ) cos* " cos)sin * Tilnærming: e [ X 1 [ for små [ Vektoridentitet: $ Ÿ% $ Ÿ$ $ % " Ÿ$ % $ Laplace-transformasjonen: L \ŸW <ŸV L \ŸW V<ŸV " \Ÿ0 L ¹ŸW V 2 <ŸV " V\Ÿ0 " \Ÿ0 L "1 1/V Q W Q"1 /ŸQ " 1!, (Q 1,2,3,... L "1 1/ŸV " D Q W Q"1 H DW /ŸQ " 1!, (Q 1,2, 3,... L "1 1/ŸV 2 F 2 Ÿ1/F sinÿfw L "1 1/ŸŸV " D 2 F 2 Ÿ1/F H DW sinÿfw L "1 V/ŸV 2 F 2 cosÿfw L "1 1/ŸV 3 VF 2 Ÿ1/F 2 1 " cosÿfw L "1 1/ŸV 4 V 2 F 2 Ÿ1/F 3 FW " sinÿfw Gravitasjonskonstanten: * 6.669 10 "11 m 3 /kg-s 2 Jordas masse: 0 Jordas gravitasjonskonstant: 6 *0 3.986032 10 5 km 3 /s 3 Midlere jordradius: 6378 km