I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   4 A u g u s t   201 7 ,   p p .   1 9 9 4 ~ 2 0 0 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 4 . p p 1 9 9 4 - 2001          1994       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Asy m p totic S tabil ity o Q ua ternion - ba sed A tt it ude  C o ntrol   Sy ste m  w ith  Sa turatio n F unc tion       H a rr y   Septa nto 1 Dj o k o   Su p rij a nto 2   1 S a telli te T e c h n o lo g y   Ce n ter,  Na ti o n a I n stit u te o f   A e ro n a u ti c s an d   S p a c e   (LA P A N),  In d o n e sia   2 Co m b in a to rial  M a t h e m a ti c s R e s e a rc h   G ro u p ,   F a c u lt y   o f   M a th e m a ti c s an d   Na tu ra S c ien c e s,  In stit u t   T e k n o lo g Ba n d u n g ,   In d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   9 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Ma y   2 8 2017   A cc ep ted   J u n   1 2 ,   2 0 1 7       I n   t h d esi g n   o f   atti tu d co n tr o l,  r o tatio n al  m o tio n   o f   t h e   s p ac ec r af i s   u s u all y   co n s id er ed   as  r o t atio n   o f   r ig id   b o d y .   R o tati o n   m atr ix   p ar am eter izat io n   u s i n g   q u ater n io n   ca n   r ep r esen g lo b all y   att itu d o f   a   r ig id   b o d y   r o tatio n a m o t io n s .   Ho w e v er ,   t h r ep r esen tati o n   is   n o t   u n iq u h e n ce   i m p l ies  d if f ic u lties   o n   th s tab ilit y   g u ar an t ee .   T h is   p ap er   p r esen ts   as y m p to tica ll y   s tab le  an al y s i s   o f   co n ti n u o u s   s ch e m e   o f   q u ater n io n - b ased   co n tr o l   s y s te m   t h at  h a s   s a tu r atio n   f u n ctio n .   Si m u latio n s   r u n   s h o w   t h at  t h e   d esig n ed   s y s te m   ap p licab le  f o r   ze r o   in itial   an g u lar   v elo cit y   ca s e   an d   n o n - ze r o   in itial  a n g u la r   v elo cit y   ca s d u to   u til izatio n   o f   d e ad zo n f u n ct io n   a s   an   ele m e n o f   t h d ef in ed   co n s tr ain t i n   t h s tab il it y   an a l y s is .   K ey w o r d :   As y m p to ticall y   s tab le   A tt itu d co n tr o l   Qu ater n io n   R ig id   b o d y   Satu r atio n     Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Har r y   Sep tan to ,     Satellite T ec h n o lo g y   C e n ter ,   Natio n al  I n s tit u te  o f   A er o n a u t ics an d   Sp ac ( L A P A N) ,   J l.  C ag ak   Sate lit k m   0 . 4 ,   R an c ab u n g u r ,   B o g o r   1 6 3 1 0 ,   I n d o n esia.   E m ail:  h ar r y . s ep ta n to @ lap a n . g o . id       1.   I NT RO D UCT I O   Desig n   o f   s p ac ec r af o r   s atellite  attitu d co n tr o b y   an al y zin g   r o tatio n al  m o tio n   o f   r ig id   b o d y   r e m ain s   b ec o m c h alle n g in g   r esear ch   f ie l d   u n til  r ec e n y ea r s .   Ash o k   et  al  p r o p o s ed   co n tr o m o m e n g y r o s   b ased   attitu d co n tr o s y s te m   to   ac h ie v ti m e - o p ti m a m a n eu v er   f o r   ag ile   ( r ig id )   s a tell ite  [ 1 ] .   C h ab o a n d   Sch a u b   p r esen ted   a   s p h er ical  ac tu ato r   f o r   s atelli te  attit u d c o n tr o l th at   co v er s   m o d eli n g ,   s i m u latio n   o f   a ttit u d e   co n tr o o f   r ig id   b o d y   s y s te m   m o tio n   as  w e ll  as  co m p ar is o n   w it h   co n f i g u r atio n   o f   t h r ee   r ea ctio n   w h ee l s   [ 2 ] .   in   [ 3 ] ,   Stev en s o n   an d   Sc h au b   u s ed   r ig id   b o d y   ap p r o ac h   i n   th e   attit u d co n tr o d ev el o p m e n p r io r   to   d o   test b ed   ex p er i m e n o f   r e m o te  elec tr o s tatic  ch ar g co n tr o l.  R ez an ez h ad   i n   [ 4 ]   p r esen ted   T a k ag i - Su g e n o   f u zz y - b ased   attitu d co n tr o ller   in   o r d er   to   r ed u ce   th r u s ter   f u e co n s u m p tio n   an d   in cr ea s lo n g ev i t y   o f   s a tellite.   P ar ticle  s w ar m   o p ti m iza tio n   alg o r ith m   is   u s ed   to   r ed u ce   li m it  c y cle  o n   t h f u zz y   s y s te m .   P ir o u z m an d   in   [ 5 ]   p r o p o s ed   m o d el  r ef er en ce   ad ap tiv s y s te m - b a s ed   r o b u s m o d el  p r ed ictiv co n tr o ller   f o r   th r ee   d eg r ee   o f   f r ee d o m   s atellite  atti tu d co n tr o s y s te m .   W h ils th co n tr o ller   g ain   is   o b tain ed   th r o u g h   s o lv i n g   co n v e x   o p tim izatio n   p r o b le m   u s i n g   li n ea r   m atr i x   in eq u alit y   ap p r o ac h .     T h k in e m atics  o f   r ig id   b o d y   r o tatio n al  m o tio n   i s   r ep r esen ted   b y   r o tatio n   m atr i x   th at  is   m e m b er   o f   th s p ec ial  o r th o g o n al  t h r e g r o u p ,   3 SO Am o n g   p ar a m e ter iza tio n s   o f   t h r o tatio n   m atr i x ,   a   p ar am eter izat io n   u s i n g   q u ater n io n   i s   t h o n l y   p ar a m eter izat io n   w it h   f o u r   p ar a m eter s .   He n ce ,   it  ca n   r ep r esen t   g lo b al  attitu d o f   r ig id   b o d y   r o tatio n al  m o tio n .   Ho w e v e r ,   p h y s ical  attit u d e,   w h ic h   is   r ep r esen ted   in   a   u n iq u r o tatio n   m atr i x   v al u e,   is   r ep r esen ted   b y   t w o   v al u es  i n   q u ater n io n ,   i.e .   p air   an tip o d al  v alu e.   T h is   f ac t   i m p lies   d i f f icu lties   o n   t h s tab ilit y   g u ar a n tee  o f   t h q u ater n i o n   b ased   attitu d co n tr o l s y s te m   [ 6 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A s ymp to tic  S ta b ilit o f Q u a tern io n - b a s ed   A ttit u d C o n tr o l S ystem  w ith   ….   ( Ha r r S ep ta n to )   1995     Ma n y   r esear c h   ef f o r ts   h a v b ee n   ad d r ess ed   o n   th d esig n   o f   q u ater n io n   b ased   attit u d co n tr o l   s y s te m Ma cKu n i s   et  al  in   [ 7 ]   d ev elo p ed   an   ad ap tiv n eu r al  n et w o r k   b ased   attit u d co n tr o ller   f o r   s atellite  th at   is   ac tu a ted   b y   co n tr o m o m e n g y r o s ,   w h er ex ter n al  d is t u r b an ce   as  w e ll  as  d is tu r b an ce   o f   th co n tr o l   m o m e n t   g y r o s   tac h o m eter   ar co n s id er ed C a lv o   et   al.   p r o p o s ed   an   ad ap tiv e   f u zz y   co n tr o ller   f o r   m o m e n tu m   w h ee ac t u ated   s atellite  a n d   it s   p er f o r m an ce   i s   co m p ar ed   w i th   cu s to m   P co n tr o ller     [ 8 ] in   [ 9 ] ,   Sep tan to   et  al  p r o p o s ed   a   co n tin u o u s   s c h e m o f   q u ater n io n   b ased   co n tr o ller   th at  e m p lo y s   au g m e n ted   d y n a m ic;  to   n a m f e w .   I n   [ 1 0 ] ,   co n tin u o u s   s c h e m o f   q u ater n io n - b ased   co n tr o s y s te m   th at  h as  s a tu r ati o n   f u n ctio n   is   also   p r o p o s ed   w it h   b o u n d ed n e s s   o f   s o lu tio n   g u ar an tee.   I n   t h is   p a p er ,   th s y s te m   h a s   b ee n   f u r th er   an al y ze d   to   h a v e   s tr o n g er   g u ar a n tee,   i.e .   as y m p t o ticall y   s tab le.   T h o r g an izatio n   o f   th p ap er   is   th f o llo w in g m ath e m at i ca p r elim i n ar ies  i n cl u d in g   m o d elin g   o f   th s ate llit d y n a m ics  a n d   k in e m atic  ar p r esen ted   i n   t h n ex t   s ec tio n .   Sectio n   3   p r esen t s   t h p r o b lem   f o r m u latio n   a n d   m et h o d o lo g y .   T h m a in   co n tr ib u tio n   o f   t h is   p ap er   w ill  b p r esen ted   in   Sectio n   4 .   Dis cu s s io n   an d   n u m er ical  s i m u la tio n s   ar also   p r esen ted   in   Sect io n   5 .   Sectio n   6   p r o v id es th co n cl u d in g   r e m ar k s .       2.   B ACK G RO UND  AN P RE L I M I NARI E S   2 . 1 .   M a t he m a t ica l P re li m ina ries   So m m at h e m atica l   n o tatio n s   w ill   b u s ed   i n   t h r e s o f   p ap er .   R   is   t h s et  o f   al r ea n u m b er s .   nm R is   th s et  o f   all  nm m atr i x   th at  all   o f   its   en tr y   ar r ea n u m b er s ,   w h er 0 , nm Z Z is   th s et  o f   al l   in te g er   n u m b er s   an d   0 Z is   th s e o f   all  p o s itiv in te g er   n u m b er s .   C o n s id er   m a tr ix   nm R R ,   h en ce   T R d en o tes  tr an s p o s o f   R   an d   R d eter m in a n o f   R .   Ma tr ix   n n n n I  R d en o tes  th id en t it y   o f   nn m atr ix .   Su p p o s th er is   co lu m n   m atr i x   n C R ,   h en ce   C d en o tes  2 - n o r m   o f   C .   Ma tr ix   0 nm d en o tes  nm m atr i x   th at  all  o f   its   e n tr y   ar ze r o .     I n   th i s   p ap er ,   v ec to r   is   d ef in ed   as in   ( 1 ) .     T l l rr F                   ( 1 )     w h er e:  r d en o tes  th v ec to r   o f   r l F   is   co lu m n s   m atr ix   co n s is t s   o f   th r ee   u n it  v ec to r   1 ˆ l , 2 ˆ l an d   3 ˆ l   th at  a r e   ass o ciate d   w it h   th in er tial  r e f er en ce   f r a m e,   a n d 3 l r R   is   co lu m n   m atr i x   w h o s t h r ee   co m p o n en t s   o f   r th at  ar ex p r ess ed   ( d ec o m p o s ed )   in to   th in er tial r e f er en ce   f r a m e,   l F   B esid es  s u p er s cr ip l ( s u b s cr ip t   l )   th at  ar as s o ciate d   w it h   t h in er tial  r e f er en ce   f r a m e,   th i s   p ap er   u s e s   s u p er s cr ip t b   ( s u b s cr ip t b an d   s u p er s cr ip t d   ( s u b s cr ip t d )   ass o ciate d   w ith   th e   s atel lite s   f i x ed   b o d y   f r a m e   an d   s atellite s   d esire d   f r a m e,   r esp ec tiv el y .   Fo r   b r ev it y ,   t h s atellite’ s   f ix ed   b o d y   f r a m e,   th in er tial  r ef er e n ce   f r a m a n d   th s atelli te’ s   d esi r ed   f r a m m a y   b w r itte n   as   b o d y   f r a m e,   i n er tial  f r a m an d   d esire d   f r a m e,   r esp ec tiv el y .     2 . 2 .   Dy na m ic   a n d K ine m a t ics o f   Sp a ce cr a f t   I n   t h is   p ap er ,   m o tio n   o f   s ate llit i s   r e g ar d ed   as  r i g id   b o d y   m o tio n .   D y n a m ic   o f   a   r ig id   s atellite   is   g iv e n   b y   E u ler   E q u atio n [ 1 1 ] .   T h d y n a m ic  o f   s atellite  t h a t is ex p r ess ed   i n   b F   is   r ep r esen ted   in   ( 2 ) .     b b b b b b l b l b l b l b l J JJ             ( 2 )     w h er th s y m m etr ic  p o s iti v e   d ef in ite  m atr i x 33 J R is   th s atellite  in er tia  m o m e n ab o u it s   ce n t er   o f   m as s   th at  is   lo ca ted   in   t h o r ig i n   o f   b F ,   ( k g . m 2 ) 3 b bl R is   th a n g u lar   v el o cit y   v ec to r   o f   b F w i th   r esp ec t o   l F w h ic h   is   d ec o m p o s ed   in   b F ,   ( r ad . s - 1 ) an d   3 R   is   th to tal  e x ter n a co n tr o to r q u ab o u its   ce n ter   o f   m as s   th at  i s   lo ca ted   i n   t h o r ig i n   o f   b F ,   ( N. m )     b bl   d en o tes  s k e w - s y m m etr ic  m atr ix   o f   b bl ,   i.e .   th c o lu m n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 9 9 4     2 0 0 1   1996   m atr i x   o f   v ec to r   bl   th at  is   e x p r ess ed   in   b F ,   w h er 1 2 3 T b b b b b l b l b l b l   an d   32 31 21 0 0 0 bb b l b l b b b b l b l b l bb b l b l         .   I n   ad d itio n ,   b bl   d en o tes f ir s t d er iv ati v o f   b bl   w it h   r esp ec t to   ti m e .     Satellite  at tit u d r ep r esen tatio n   i n   ( u n it)  q u ater n io n   t h at  d e n o tes  t h at titu d o f   t h s atel lite  b o d y   f r a m e   b F w it h   r e s p ec to   t h in er tial  f r a m e   l F   is   g i v en   b y   T T b l b l bl q    ,   w h er bl R 3 bl R   an d   2 1 T b l b l b l  .   I n   ad d itio n ,   all  atti tu d r ep r esen tat io n s   in   q u ater n io n   r eg ar d ed   in   th i s   p ap er ,   in cl u d in g   bl q ,   ar m e m b er   o f   th u n it sp h er o r d er   3 ,   34 0 1 2 3 : T S a a a a  R 2 2 2 2 0 2 2 3 1 a a a a     No w ,   co n s id er   k in e m atic s   E q u atio n   r ep r e s en ted   i n   q u ater n io n   g i v en   b y   ( 3 ) - ( 5 ) .     T T b d b d b d q                    ( 3 )     W h er e   1 2 Tb b d b d b d                    ( 4 )     1 2 b b d b d b d b d I                  ( 5 )     No te  th at bd q   r ep r esen ts   t h atti tu d e b F w it h   r esp ec t to d F bd q   is   also   r eg a r d ed   as th attit u d er r o r   b et w ee n   t h e   s atellite  b o d y   f r a m e b F   an d   th s atellite  d esire d   o r   tar g et  f r am e d F .   Sin ce   th in f o r m atio n   f r o m   a n   attit u d s en s o r   is   w it h   r esp ec to   th i n er tial  f r a m e l F ,   i.e .   bl q   an d   th tar g et  attit u d is   also   w it h   r esp ec to l F ,     i.e . dl q h en ce   t h attit u d er r o r   bd q is   o b tain ed   f o r m   q u a ter n io n   m u ltip li ca tio n   b et w ee n bl q   an d   dl q as g i v e n   i n   ( 6 ) .     1 b d d l b l l d b l q q q q q                 ( 6 )     w h er e 1 d l l d qq   is   th in v er s o f   dl q .   No te  th at  s i n ce   th att itu d is   co n s i d er ed   as  u n it  q u ater n io n ,   w h er th q u ater n io n   n o r m 2 1 T d l d l d l dl q ,   th e n   q u a ter n io n   i n v er s e, * 1 dl dl dl q q q ,   is   eq u al  to   t h q u ater n io n   co n j u g ate,   * T T d l d l dl q    .       3.   P RO B L E M   DE F I NIT I O AND  M E T H O DO L O G Y   C o n s id er   th e   s p ac ec r af t   ( 2 )   a n d   t h co n tr o ller     ( 7 )   p r o p o s ed   in   [ 1 1 ] ,   w h er e   bd   33 : RR d en o tes  s at u r atio n   f u n ctio n   w it h   s at u r atio n   le v el  0 .   T h s atu r atio n   f u n ctio n   is   d ef i n ed   ele m e n t - w is e   bd i 1 , 2 , 3 i 1 2 3 T b d b d b d b d   ,   in   p ar ticu lar   g i v en     b y   ( 8 ) .   Fo r   co n v e n ien ce   co n s i d er atio n ,   b d X  .   Dea d zo n f u n ctio n   X   is   d ef i n ed   as  X b d X h en ce   b b d b d X b l kL .   I n   ad d itio n ,   th co n tr o l ler     ( 7 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A s ymp to tic  S ta b ilit o f Q u a tern io n - b a s ed   A ttit u d C o n tr o l S ystem  w ith   ….   ( Ha r r S ep ta n to )   1997   b b d b d X b d b d kL k R 33 L R           ( 7 )     1 2 3 T b d b d b d b d   , , , , bd i b d b d b d i i i bd i     ( 8 )     T h d esig n ed   atti tu d co n tr o s y s te m   is   f o r   th ca s o f   co n s t an atti tu d tr ac k in g ,   i.e . b T d d l b d d l R     0 d d b d l R ,   w h er bd R is   th r o tatio n   m atr ix   t h at  r ep r esen ts   t h attit u d er r o r   b etw ee n   t h s atelli te  b o d y   f r a m b F   an d   t h s a tellite  d es ir ed   o r   tar g et  f r a m e   d F .   R o tatio n   m atr i x   bd R   is   m e m b er   o f   s p ec ial  o r th o g o n al  g r o u p   o r d er   3 ,   i.e .   33 33 3 : , 1 T bd R S O R R R I R R .   I n   [ 1 1 ] ,   th er is   r elatio n   b et w e e n   r o tatio n   m atr i x bd R an d   q u ater n io n bd q   as g iv e n   b y   E q u atio n   ( 9 ) .     2 2 2 22 TT b d b d b d b d b d b d b d b d RI           ( 9 )     Def ini t io 1     L et 3 3 6 ES RR   is   th s et  o f   all  s o lu tio n s   o f   co n tr o s y s te m .   L et E is   th s et  th at   co n s is ts   o f   all  n o n - eq u ilib r i u m   s o l u tio n   0 E   s u c h   t h at 0 E E E  ,   w h er 00 EE .   I f   th e   f o llo w i n g   s tate m en t s   ar s atis f ied :   a.   yE  0 , 0 V y V y   b.   0 ,0 y E V y   c.   0 E is   th lar g est i n v ar ian s et  in   :0 y E V y   th en   0 E   is   th lo ca ll y   as y m p to tic all y   s tab le  s e t.   Re m a r ks   1 .   T h s tab ilit y   n o tio n   i n   Def in it io n   1   is   n o s tan d ar d   s tab ilit y   i n   t h s en s o f   L y ap u n o v   wh ic h   is   u s ed   to   g u ar a n tee  s tab ilit y   o f   p o in t.  I n s tead ,   L aSalle s   in v ar ia n ce   p r in cip le  th eo r e m   i n   co n j u n ctio n   w ith   L y ap u n o v   f u n ctio n   p r o p er ties   is   u s ed   to   g u ar an tee   s tab ilit y   o f   th e   s et.   O n m a y   s aid   t h at   L aSal le’ s   t h eo r e m   ex ten d s   L y ap u n o v s   th eo r e m   s in ce ,   n at u r all y ,   it c an   b u s ed   f o r   th s y s te m   t h at  h as a n   eq u il ib r iu m   s e [ 1 2 ] .   T h m ain   o b j ec tiv o f   t h is   p ap er   is   to   f i n d   n ec ess ar y   co n d i tio n s   o f   t h s y s te m   t h at  co n s i s ts   o f   t h e   r ig id   s p ac ec r af t   ( 2 )   an d   th co n tr o ller   ( 9 )   s u ch   th at  as y m p to tic  s tab ilit y   g u ar an tee  a s   in   Def i n it io n   is   ac h iev ed .   T h r o u g h   L y ap u n o v   s tab ilit y   m e th o d ,   co n d itio n s   o f   th attit u d co n tr o s y s te m   p ar am eter s   w ill  b r esu lted .   I n   ad d itio n ,   s o m n u m er ical  s i m u latio n s   ar d o n to   illu s tr ate  it s   p er f o r m a n ce .       4.   M AIN RES UL T   T heo re m   1   C o n s id er   th q u ater n io n - b ase d   s p ac ec r af attitu d co n tr o s y s te m   co n s i s ts   o f   & 2 ) ,   ( 7 )   an d   Def i n itio n   1 w h er e , b b d b l yq .   T h s et  33 0 ,: T Tb b d b d b d b l E q S   R 33 0 , 1 , 0 b b d b d b l   th at  co n s i s ts   o f   t w o   eq u ilib r iu m   p o in ts   o f   t h s y s te m   is   l o ca ll y   as y m p to ticall y   s tab le  an d   it sati s f ies t h f o llo w i n g   p r o p er ties   a.   T h er ex is p o s iti v k   an d   s y m m etr ic  d ef i n ite  p o s iti v m at r ix   L   s u ch   t h at  f u l f ills   th i n e q u alit y   m i n 0 kL  ,   w h er m i n L   is   m i n i m u m   E i g e n   v a lu o f   L   b.   T h s atu r atio n   li m it     f u l f il ls   1 0 3    c.   T h er ex is t in i tial c o n d itio n   0 , 0 b b d b l q t t E    s u ch   t h at  co n s tr ain ( 1 0 )   is   f u l f i lled     2 2 0 , 0 b b l X t t t               ( 1 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 9 9 4     2 0 0 1   1 998   P r o o f :   C o n s id er   th L y ap u n o v   f u n ct i o n   ca n d id ate  g i v en   i n   E q u atio n   ( 1 1 )     to   s h o w   s et  s tab il it y   o f   0 E .     1 2 T b T b b d b d b l b l V k J                  ( 1 1 )     w h er 0 V ,   f o r   all  0 k .   No te  t h at,   i n s t ea d   o f   bd q ,   o n l y   bd   is   ap p ea r ed   in   ( 1 1 )   s in ce   bd   is   in h er en tl y   i n   bd .   Fu r th er m o r e,   th ti m d er iv at iv o f   V   is   g i v en   b y   ( 1 2 ) .       T b b b T b b b b d b d b d b d b d b l b l b l b d b d X b l V k J k L      ( 1 2 )     Fro m   th f ac ts   t h at  3 0 d dl   an d   0 T b T b b d b d b l b l   ,   h en c ( 1 3 )   is   s atis f ied .     b T b T b b l X b l b l V k L                 ( 1 3 )     I f   L is   s y m m etr ic  d e f in ite  p o s it iv m a tr ix ,   t h en   ( 1 4 )   is   f u l f ille d .     2 m i n bb b l X b l V k L               ( 1 4 )   No te  th at  th co n s tr ai n ( 1 0 )   im p lies   0 V ,   if   m i n 0 kL  .   L et  33 , : , 0 bb b d b l b d b l q S V q  R .   T h en   0 V ,   if   0 b bl .   I n   ad d itio n ,   s in ce   co n s tr ain ( 1 0 )   is   h o ld ,   0 b bl   i m p lies   0 X  .   No te  th at  0 b bl  3 0 b bl   an d   0 X 3 0 X  .   Su b s tit u ti n g   th e s v al u es to   t h s y s te m   ( 2 )   an d   ( 7 )   it w o u ld   r esu lt  0 bd .   T h er ef o r e,   0 E  .■   Re m a r ks   2   I n   ac co r d in g   to   P r o p o s itio n   1   in   [ 1 0 ] ,   th attitu d co n tr o s y s te m   is   lo ca ll y   L ip s c h it in   33 , T Tb b d b d b d b l qS   R .   Hen ce ,   p r er e q u is ite  co n d i tio n   f o r   L y ap u n o v   th eo r e m   u tili za t io n   is   f u lf i lled .   Re m a r ks   3   T h s tab ilit y   a n al y s i s   p r esen t ed   in   t h is   p ap er   is   n o   clai m   o f   g lo b al   s tab ilit y .   I n   ad d iti o n ,   g lo b al  s tab ilit y   clai m   i n   [ 1 3 ]   is   in co r r ec s in ce   th er ar eq u ilib r iu m   p o in t s   o th er   t h an   0 E ,   i.e .   33 ,: T Tb b d b d b d b l qS   R 33 0 , 0 b b l b d b d X .   No te  th at  t h i s   f ac is   an   i m p licatio n   o f   th ch o s e n   s at u r atio n   li m it    th at  f u lf i lls   1 0 3  .       5.   DIS CU SS I O AND  NUM E RICA L   E XAM P L E S   T h r esu lt  p r esen ted   i n   t h p r ev io u s   s ec tio n   p r o v id es  ad v an ce m e n i n to   t w o   d ir ec tio n s .   First,   its   as y m p to ti s tab ili t y   g u ar a n tee   p r esen ts   s tr o n g er   s tab ilit y   g u ar a n tee  t h an   t h s tab ilit y   g u ar an tee  p r ese n ted     in   [ 1 0 ] ,   i.e .   b o u n d ed n es s   o f   s o lu tio n   g u ar a n tee.   Seco n d ,   t h i s   r esu l co r r ec ts   th g lo b al  s ta b ilit y   clai m   i n   [ 1 3 ] as st ated   in   R e m ar k s   3   I n   ad d itio n   to   th e   th eo r etica r esu lt,  t h at titu d co n tr o s y s t e m s   p er f o r m a n ce   w i ll  b ill u s tr ated   v ia   s i m u lat io n s   th a ar r u n   t h r o u g h   th r ee   s ce n ar io s   p r esen ted   i n   T ab le  1   an d   th e   r est  ar b itra r y - c h o s e n   p ar a m e ter s   ar g iv e n   in   T ab le  2 .   Sim u lat i o n   r esu lt s   ar r ep r esen ted   in   F ig u r 1 an d   Fi g u r 2 .   T h s i m u la tio n   o f   Sce n ar io   1   is   r u n   w it h   n o n - ze r o   in i tial  o f   an g u lar   v elo cit y b bl .   W h ils i n     Scen ar io   2 ,   th s i m u lat io n   is   r u n   w it h   ze r o   in itial  o f   an g u lar   v elo cit y b bl Fig u r 1 ( a) ,   Fig u r 1 ( b )   an d     Fig u r 2 ( b )   v er if y   t h at  th d e s ig n ed   co n tr o ller s   s a tis f y   t h T h eo r e m   1 .   I n   p ar ticu lar   f o r   Sc en ar io   2 ,   it  is   v er y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A s ymp to tic  S ta b ilit o f Q u a tern io n - b a s ed   A ttit u d C o n tr o l S ystem  w ith   ….   ( Ha r r S ep ta n to )   1999   in ter esti n g   an d   s h o w s   t h at  u ti l izatio n   o f   th d ea d zo n f u n cti o n   X   in   th d ef in ed   co n s tr ai n ( 1 0 )   p r o v id es  its   ad v an ta g to   allo w   t h attit u d co n tr o s y s te m   to   s tar i n   n o n - ze r o   an g u lar   v elo cit y .   A   g r ap h ic  in   r elat in g   to   th an g u lar   v elo cit y   b bl   tr en d   is   s h o w n   i n   Fi g u r 2 ( a) .   I n   a d d itio n ,   it  is   also   in ter esti n g   to   o b s er v th e   u n w in d i n g   p h en o m en o n   ex i s t en ce .   Hen ce ,   e u ler   a n g le  tr e n d s   f r o m   th Scen ar io   1   is   co m p ar ed   to   th o n e   f o r m   Sce n ar io   3 .   No te  th at  all   p ar am eter s   o f   Sce n ar io   1   an d   Scen ar io   3   ar s a m e,   e x ce p t h d esire d   attit u d dl q   v alu w h er b o th   ac tu all y   r ep r esen s a m p h y s ical  co n d itio n .   T h E u ler   an g le  tr e n d s   o u tli n ed   i   Fig u r 2 ( c)   s h o w   t h at  t h d esi g n ed   s y s te m   i s   r eg u lated   w it h o u t d e m o n s tr atin g   t h u n w i n d i n g   p h en o m en o n .         T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   t h T h r ee   Scen ar io s       T dl q   0 bT bl   Scen ar io   1   0 1 0 0   0 . 5 0 . 5 0 . 5   Scen ar io   2   0 1 0 0   000   Scen ar io   3   0 1 0 0   0 . 5 0 . 5 0 . 5       T ab le  2 .   P ar am eter s   o f   Si m u la tio n s     1 . 4 9 0 . 0 5 4 0 . 0 4 4 2 0 . 0 5 4 1 . 5 1 0 0 . 0 4 4 2 0 1 . 5 6 J      0 . 5 k 33 LI , 0 . 5 7   0 0 . 5 0 . 5 0 . 5 0 . 5 T bl q             ( a)     ( b )     Fig u r e   1 .   ( a)   L y ap u n o v   F u n c tio n   an d   ( b )   T im Der i v ati v e   o f   L y ap u n o v   F u n ct io n Da s h ed   lin ( -- ) ,   d ash - d o tted   lin ( - . )   an d   s o lid   lin ( - )   r ep r esen t Sce n ar io   1 ,   Scen ar io   2   an d   Scen ar io   3 ,   r esp ec tiv el y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2 0 1 7     1 9 9 4     2 0 0 1   2000       ( a)     ( b )     ( c)     Fig u r e   2 .   ( a)   2 - No r m   o f   a n g u l ar   v elo cit y ,   ( b )   co n s tr ain t i n   E q u atio n   ( 1 0 )   an d   ( c)   E u ler   an g le;  Dash ed   li n ( -- ) ,   d ash - d o tted   lin ( - . )   an d   s o lid   lin ( - )   r ep r esen t Sce n ar io   1 ,   Scen ar io   2   an d   Scen ar io   3 ,   r esp ec tiv el y       6.   CO NCLUD I N G   RE M ARK S   P r o p o s ed   s tab ilit y   a n al y s is   f o r   co n tin u o u s   s c h e m o f   q u ater n io n - b ased   co n tr o s y s te m   t h at   e m p lo y s   s at u r atio n   f u n c tio n   h as  b ee n   p r esen ted .   T h is   an al y s is   r esu lts   th at  th d e s ig n ed   s y s te m   h a s   as y m p to ticall y   s tab ili t y   g u ar an tee.   T o   v er if y   a n d   o b s er v a   d esig n ed   attit u d co n tr o s y s t e m ,   t h r ee   s ce n ar io s   o f   s i m u latio n   ar r u n .   Si m u la tio n s   r u n   s h o w   th at   t h d esi g n ed   s y s te m   ap p licab le  f o r   a   z er o   in itial   an g u lar   v elo cit y   ca s as  w ell  as  n o n - ze r o   in itial  an g u lar   v elo cit y   ca s e.   T h d ea d z o n f u n ctio n   X   u ti lizatio n   in   t h e   d ef in ed   co n s tr ai n s h o w s   its   b en ef it  s u c h   th at  t h d esig n e d   s y s te m   i s   also   allo w ed   f o r   co n d itio n   th at  h as   n o n - ze r o   in itial a n g u lar   v elo ci t y .       ACK NO WL E D G E M E NT S   First   a u t h o r   w is h   to   ac k n o w l ed g A b d u l   Kar i m ,   MT ,   Hea d   o f   P r o g r a m s   a n d   Facili ties   Div is io n ,   Satellite  T ec h n o lo g y   C e n ter   L A P A f o r   s u p p o r tin g   t h is   w o r k .   Seco n d   au t h o r   is   s u p p o r ted   b y   P en elitian   Un g g u la n   P er g u r u a n   T in g g i ( P UPT )   Kem e n r is tek d i k ti 2 0 1 7 .       RE F E R E NC E S   [1 ]   K.  A sh o k ,   R.   A d it y a ,   H.  K.  Jo g lek a r,   M .   S .   S iv a ,   N.  K.   P h il i p ,   CM G   C o n f ig u ra ti o n   a n d   S tee rin g   A p p ro a c h   f o r   S p a c e c ra f Ra p id   M a n e u v e rs ,   IFA C - Pa p e rs   On L in e ,   v o l.   4 9 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 8 - 1 2 3 ,   2 0 1 6 .   [2 ]   J.  Ch a b o t,   H.  S c h a u b ,   S p h e rica M a g n e ti c   Dip o le  A c tu a to f o S p a c e c ra f A tt it u d e   Co n tr o l ,   J .   Gu id .   C o n tr o l.   Dy n . ,   v o l.   3 9 ,   n o .   4 ,   p p .   9 1 1 - 9 1 5 ,   2 0 1 6 .   [3 ]   D.  S tev e n so n ,   H.  S c h a u b ,   El e c tro sta ti c   S p a c e c ra f Ra te  a n d   A tt it u d e   Co n tro l   -   Ex p e rim e n tal  Re su lt s   a n d   P e rf o rm a n c e   Co n sid e ra ti o n s ,   Act a   Astro n a u t. ,   v o l.   1 1 9 ,   p p .   22 - 3 3 ,   2 0 1 6 .   [4 ]   S .   Re z a n e z h a d ,   De si g n   o f   F u z z y   Op ti m ize d   Co n tro ll e f o S a telli te  A tt it u d e   Co n tro b y   Tw o   S t a te  a c tu a to to   re d u c e   L i m it   C y c l e   b a se d   o n   T a k a g i - S u g e n o   M e th o d ,   In t .   J .   El e c tr.   Co mp u t.   En g . ,   v o l.   4 ,   n o .   2 ,   p p .   3 0 3 - 3 1 3 ,   2 0 1 4 .   [5 ]   F .   P iro u z m a n d ,   Ro b u st  M o d e P re d ictiv e   Co n tro Ba se d   o n   M RA S   f o S a tel li te  A tt it u d e   Co n tro S y ste m ,   In t.   J .   El e c tr.   Co mp u t.   E n g . ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   8 1 - 9 2 ,   2 0 1 4 .   [6 ]   S .   P .   Bh a t,   D .   S .   Be rn ste in ,   A   to p o lo g ica Ob stru c t io n   to   Co n ti n u o u s   G lo b a S tab i li z a ti o n   o f   Ro t a ti o n a M o ti o n   a n d   t h e   Un w in d i n g   P h e n o m e n o n ,   S y st.  C o n tr o L e tt . ,   v o l.   3 9 ,   n o .   1 ,   p p .   6 3 - 7 0 ,   2 0 0 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A s ymp to tic  S ta b ilit o f Q u a tern io n - b a s ed   A ttit u d C o n tr o l S ystem  w ith   ….   ( Ha r r S ep ta n to )   2001   [7 ]   W .   M a c k u n is,   F .   L e v e ,   P .   M .   P a t re ,   N.  F it z - c o y ,   W .   E.   Dix o n ,   Ad a p ti v e   Ne u ra Ne tw o rk - b a s e d   S a telli te  A tt it u d e   Co n tr o i n   t h e   P re se n c e   o f   CM G   Un c e rtain ty ,   Aer o sp .   S c i.   T e c h n o l. ,   v o l.   5 4 ,   p p .   2 1 8 - 2 2 8 ,   2 0 1 6 .   [8 ]   D.  Ca lv o ,   T .   Av il é s,  V .   L a p u e rta,   A .   Lav e n - S im a v il la,  F u z z y   Atti tu d e   Co n tr o f o a   N a n o sa telli te  in   L o w   Earth   Orb it ,   Exp e rt  S y st.  A p p l. ,   v o l.   5 8 ,   p p .   1 0 2 - 1 1 8 ,   2 0 1 6 .   [9 ]   H.  S e p tan to ,   B.   R.   T ril a k so n o ,   A .   S y a i c h u - ro h m a n ,   R.   E.   P o e tro ,   A .   R.   Ib ra h im ,   No n li n e a Co n ti n u o u s   Qu a tern io n - b a se d   A tt it u d e   Co n t ro l ler  C o m p o sin g   A u g m e n ted   D y n a m ic ,   ICIC  Exp re ss   L e tt . ,   v o l.   8 ,   n o .   1 1 ,     p p .   3 2 4 5 3 2 5 0 ,   2 0 1 4 .   [1 0 ]   H.  S e p tan to ,   R.   T .   Ba m b a n g ,   A .   S y a ich u - ro h m a n ,   R.   E.   P o e tr o ,   A .   R.   Ib ra h im ,   Qu a tern io n - Ba se d   A tt it u d e   Co n tr o l   S y st e m   De si g n   o f   S in g le an d   C o o p e ra ti v e   S p a c e c ra f ts :  B o u n d e d n e ss   o f   S o lu ti o n   A p p ro a c h ,   2 0 1 4 .   [1 1 ]   P .   C.   H u g h e s,  S p a c e c ra ft   At ti tu d e   Dy n a mic s .   M i n e o la,  Ne w   Yo rk Do v e P u b li c a ti o n s,  I n c . ,   2 0 0 4 .   [1 2 ]   H.  K.  Kh a li l,   No n li n e a r S y ste ms ,   2 n d   Ed it io n .   P re n ti c e   Ha ll ,   1 9 9 6 .   [1 3 ]   H.  S e p tan to ,   B.   R.   T ril a k so n o ,   A .   S y a ich u - ro h m a n ,   a n d   R.   E.   P o e tr o ,   T h e   S a t u ra te d   Qu a ter n io n   Co n tro L a wit h   Ap p li c a ti o n   f o S p a c e c ra ft   Fo rm a ti o n   Fl y i n g ,   P r o c .   2 0 1 2   I EE Co n f .   Co n tro l .   S y st.  In d .   In f o rm a ti c s ,   p p .   5 9 6 3 ,   2 0 1 2 .         B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       H a r r y   S e p ta n to   re c e i v e d   th e   BS c   d e g re e   f ro m   En g in e e rin g   P h y si c s,  In stit u T e k n o lo g Ba n d u n g   in   2 0 0 2 .   He   re c e iv e d   M S c   d e g re e   a n d   P h D f ro m   S c h o o o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   E n g in e e rin g ,   In stit u T e k n o lo g Ba n d u n g   in   2 0 1 0   a n d   2 0 1 5 ,   re sp e c ti v e ly .   C u rre n tl y ,   h e   is  a   re se a r c h e in   S a telli te  T e c h n o lo g y   Ce n ter,  Na t io n a I n stit u te  o f   Ae ro n a u ti c a n d   S p a c e   (L A P AN ).   His  c u rre n re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   sa telli te  a tt it u d e   c o n tro ll e d e sig n ,   w h e e d riv e   e lec tro n ics   f o sa telli te’s   re a c ti o n   w h e e a n d   so f tw a re   si m u lato d e v e lo p m e n f o sa telli te atti tu d e   c o n tro sy ste m s.         Djo k o   S u p r ija n to   r e c e iv e d   h is  P h f o rm   K y u sh u   Un iv e rsit y   in   2 0 0 7 .   Cu rre n tl y ,   h e   is  a   le c tu re a n d   m e m b e o f   Co m b in a to rial  M a th e m a ti c R e se a r c h   Div isio n ,   F a c u lt y   o f   M a th e m a ti c a n d   Na tu ra S c ien c e s,  In stit u T e k n o l o g Ba n d u n g .               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.