I nte rna t io n a l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   6 ,  Dec em b er   201 9 ,   p p .   4 7 2 8 ~ 4 7 3 7   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 6 . p p 4 7 2 8 - 4737     4728       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   An i m ple m e ntati o n of opti m a l con trol  m ethods     (LQ I,  LQ G ,  LTR )  for g eo sta tiona r y  sa tellit e at tit ud e  contro l        F a rid D j a ba lla h 1 ,   M . A .   Si  M o ha mm ed 2 ,   Na bil   B o ug ha n m i 3   1, 3 D e p a rt m e n t  d ’é lec tro n iq u e ,   Un i v e rsité d e s S c ien c e s e t  d e   la T e c h n o l o g ied ’Ora n   M o h a m e d   Bo u d iaf,  A lg e rie   2 Ce n ter o f   S a te ll it e   De v e lo p m e n t,   A lg e rie         Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   27 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma y   4 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   J u n   26 ,   2 0 1 9       T h is  p a p e r  in v e stig a tes   a   n e w   stra teg y   f o r  g e o sta ti o n a ry   sa telli te  a tt it u d e   c o n tro l  u sin g   L in e a r  Qu a d ra ti c   G a u ss ian   ( L Q G),  L o o p   T ra n sfe r   Re c o v e r y   (LT R),   a n d   L in e a r  Qu a d ra ti c   In teg ra l  ( L QI)  c o n tro l  tec h n iq u e s.     T h e   su b - s y ste m   sa telli te  a tt it u d e   d e term in a ti o n   a n d   c o n t ro l  o f   a   g e o sta ti o n a ry   sa telli te  in   t h e   p re se n c e   o f   e x tern a l  d istu r b a n c e s,  t h e   d y n a m ic  m o d e l  o f   su b - sa telli te  m o ti o n   is  f irstl y   e sta b li sh e d   b y   Eu ler  e q u a ti o n s.  Du ri n g   th e   f li g h t   m is sio n   a t  3 5 0 0 0   Km   a tt it u d e ,   th e   sta b il it y   c h a ra c teristic s  o f   a tt it u d e   m o ti o n   a re   a n a l y z e d   w it h   a   larg e   m a rg in   e rro r  o f   p o in ti n g ,   th e n   a   h e ig h t  p e rf o r m a n c e - o rd e r  L QI,  L Q G  a n d   L T R  a tt it u d e   c o n tro l ler  a re   p ro p o se d   to   a c h iev e   sta b le  c o n tro l   o f   th e   s u b - sa telli te  a tt it u d e ,   w h ich   d y n a m i c   m o d e l  is  li n e a rize d   b y   u sin g   f e e d b a c k   l in e a riza ti o n   m e th o d .   F i n a ll y ,   v a li d it y   o f    th e   L T R  o rd e r  c o n tro ll e r  a n d   th e   a d v a n tag e s  o v e r  a n   in teg e r  o rd e r  c o n tro ll e r  a re   e x a m in e d   b y   n u m e ric a l  si m u latio n .   C o m p a rin g   w it h   th e   c o rre sp o n d in g   in teg e r  o rd e r  c o n tr o ll e r  (L QI,  LQG ),   n u m e rica l  si m u latio n   re su lt s  in d ica te  th a t  th e   p ro p o se d   su b - sa telli te  a tt i tu d e   c o n tr o ll e r  b a se d   o n   L T R  o rd e r  c a n   n o t   o n ly   sta b il ize   th e   s u b - sa telli te  a tt it u d e ,   b u t  a lso   re sp o n d   f a ste r  w it h   sm a ll e r   o v e rsh o o t.     K ey w o r d s :   A D C S   Geo s tatio n ar y   s atelli te   KAL M AN  f i lter   L QI ,   L QG,   L T R     Sp ac ec r af t a ttit u d e  d y n a m ic s   Co p y rig h t  ©   2 0 1 9   In stit u te o f  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 l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Far id   Dj ab allah ,    Dep ar te m en t d ’ élec tr o n iq u e   ;  L ab o r ato ir e  d e  R ec h er ch e  en   S y s tè m e   I n till i g e n ts   ( L AR E SI ) ,     Un i v er s ité  d es Scie n ce s   et  d e  l a  T ec h n o lo g ied ’ Or an   Mo h a m ed   B o u d iaf ,   UST O - Mb .   B P   1 5 0 5 ,   E l M ’ n ao u er ,   3 1 0 0 0   Or an ,   A l g er ie .   E m ail:  f ar id . d j ab allah @ u n i v - u s to . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  attitu d e  co n tr o l  o f   g eo s tatio n ar y   s p ac ec r af ts   [1 - 4 ] ,   h as  im p o r tan t  ap p licat io n s   f o r   telec o m m u n icatio n   s p ac e  m is s io n s   s u c h   as   p o in ti n g   a n d   f o r   m o tio n   f l y in g ,   t h e   A ttit u d e  Dete r m i n atio n   an d   C o n tr o l  Su b s y s te m   ( ADCS )   p r o v id es  attitu d e  in f o r m at io n   an d   m ain tain s   th e  r eq u ir ed   s p ac ec r af t  attit u d e  d u r in g   all   p h ase s   o f   t h e  m i s s i o n ,   s tar ti n g   at  s p ac ec r af t  s ep a r atio n   f r o m   t h e  la u n ch   v e h icle   an d   t h r o u g h o u t  it s   o p er atio n al  lif et i m e   [ 5 - 8 ] . T h e  s elec t io n   o f   an   A D C S  is   a  f u n c tio n   o f   m a n y   f ac to r s ,   I n cl u d in g   m i s s io n   o b j ec tiv es,  s ate llit e  d esi g n ,   d is tr ib u tio n s   to r q u es,  d esi g n   co n s tr ain ts   a n d   s tab il izatio n   r eq u ir ed .   Sev er al  co n tr o l   m et h o d s   h a v e  b ee n   d ev elo p ed   o v er   th e  p ast  y ea r s   s i n ce   th e  f ir s t  s atelli te  w a s   la u n c h ed .   Mo s tl y   r esear c h er s   al l   th o s e  tec h n iq u e s   m a y   b e  class i f ied   a s   ac ti v e  o r   p as s iv e,   th er e  ar e   n u m b er   o f   u n ce r tain ties   th a t     th e  co n v en tio n al  co n tr o l  d o es  n o t  ac co u n t  f o r   in   th e  d es ig n   o f   s atellite  co n tr o ller .   T h e  m ai n   s o u r ce   is     th e  li n ea r izatio n   o f   th e  n o n - li n ea r   s y s te m .   T h ese  u n ce r tain ti es  ca n   b e  ad ap ted   to   a  lar g e  e x ten t  b y   u s i n g   L T R   ( L in ea r   Q u ad r atic  Gau s s ia n )   co m p e n s ato r .   T h e  d esig n   ap p r o ac h   f o r   th e  L T R   co n tr o ller   is   b ased   o n     th e  p r in cip le  o f   ce r tain t y   eq u iv a len ce   in   w h ic h   t h e  Kal m an   f ilter   is   d es ig n ed   s ep ar atel y   f r o m   t h e  L QI     o p tim a l c o n tr o ller .     I n   th e  p r esen t  w o r k ,   w e  co n s id er   th e  p r o b lem   o f   att itu d e  co n tr o l  f o r   r ig id   s atellite s   b ased   o n     th e  E u ler   r ep r esen tatio n ,   t h e   p er f o r m a n ce   o f   at tit u d e  m o d el  in   s tate  s p ac e  f o r m   w i th   L QG  a n d   L QI   ar e  ex a m in ed   to   ac h iev e  s tab ili t y   f o r   th e  clo s ed - lo o p   s y s te m   in   s ev er al  p er tu r b atio n   to r q u es  ac tin g   u p o n   a  r ig id   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A n   imp leme n ta tio n   o f o p tima l  co n tr o l m eth o d s   ( L QI ,   LQG,   L TR)   fo r   g eo s ta tio n a r y…     ( F a r i d Dja b a lla h )   4729   s atellite.   T h en   th e  s a m e  m o d el  is   s i m u lated   w it h   L T R   co m p e n s ato r ,   th e  s i m u la tio n   w i th   L QG  an d   L QI   r esu lt s ,   in d icati n g   a n   in cr ea s e  in   r o b u s tn e s s   at  h ig h er   f r eq u en c y   m ea s u r e m e n t  p er tu r b atio n .   T o   r ec o v er     th e  r o b u s t n es s   o f   th e  L QI ,   a  L o o p   T r an s f er   R ec o v er y   ( L T R )   in v o lv es   a  f ictitio u s   n o is e  s o u r ce   to   th e  i n p u t  o f   th e  p lan t  i n   Kal m a n   f il ter   d esig n .   A s   t h e  a m p li tu d e  o f   i n j ec ted   n o is e  b ec o m e s   lar g e  i n   in ten s it y ,   th e  L QG   o p en - lo o p   tr an s f er   f u n ctio n   ap p r o ac h es th at  o f   t h e  L QR   a n d   lo o p   r ec o v er y   ta k e s   p lace   [ 9 - 12]   T h e  o r g an izatio n   o f   th e  p ap er   is   th e  f o llo w in g :  m ath e m at i ca l  p r elim i n ar ies  i n cl u d in g   m o d elin g   o f   th e  s ate llit e  d y n a m ics  a n d   k in e m atic  ar e  p r esen ted   i n   t h e  n ex t   s ec tio n .   Sectio n   3   p r esen t s   t h e  p r o b lem   f o r m u latio n   a n d   m et h o d o lo g y   in clu d i n g   L QI ,   L QG  a n d   L T R .   T h e  m ai n   co n tr ib u tio n   o f   th is   p ap er   w ill  b e   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 latio n s   ar e  also   p r esen t ed   in   Sectio n   5 .     Sectio n   6   p r o v id es th e  co n cl u d in g   r e m ar k s .       2.   P RO B L E M   DE F I NIT I O N  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  i n   o r b it  at  3 5 0 0 0   Km ,   w h er e  is   e x p o s ed   to   a  s ev er al  E x ter n al  d is tu r b an ce   to r q u es,  in cl u d e  g r a v it y   g r ad i en t,  m ag n etic  d is tu r b an ce s ,   an d   ae r o d y n a m ic  d r ag .   T o   en s u r e  th e   m is s io n   w i t h   h eig h t  p er f o r m a n ce ,   it ’ s   n ec e s s ar y   to   d esig n   a n   attit u d e  co n tr o l  s y s te m   is   f o r   th e  ca s e  o f   co n s ta n t  atti tu d e  tr ac k in g   to   m i n i m ize  a  p o in tin g   er r o r .   T h e  m ai n   o b j ec ti v e  an d   m et h o d o lo g y   o f   t h i s   p ap er   is   to   f in d     th e  o p ti m al  co n tr o ller   th at  co n s i s ts   o f   t h e  r ig id   s p ac ec r af t  s u ch   t h at  as y m p to tic  s t ab ilit y   is   ac h ie v ed .   P r o b lem   d e f in itio n   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e  1 .           Fig u r e  1 .   P r o b lem   d ef in i tio n         T h e  v ib r atio n s   g e n er ated   b y   th e  s tatic  a n d   d y n a m ic  f o r ce s   o f   r o tatin g   eq u ip m en t,  w h ic h   ar e  g en er all y   t h e  r ea ctio n   w h ee ls   th at  ar e  u s ed   f o r   t h e  A ttit u d e  Dete r m i n atio n   a n d   C o n tr o l  Su b s y s te m   ( A D C S)   p lace d   in   th e  n eig h b o r h o o d   o f   p ay lo ad ,   ar e  o n e  o f   t h e  m o s t  i m p o r tan t  f ac to r s   af f ec ti n g   th e   p o in tin g   p a y lo ad s   an d   p r ec is io n   d ev ices  in   s p ac e  p latf o r m s .   T h is   r ea ctio n   w h ee ls   h as  a  co m p lex   co n f i g u r atio n   w i th   g ea r s   m o r e   d etail  in   F ig u r e  2 ,   w h ich   m ak es  it  h as  a  co m p lex   v ib r atio n   m ec h a n i s m   s u c h   as  v ib r atio n   co u p lin g   s tr u ct u r e,   th ese  v ib r atio n s   ar e  ca u s ed   b y   th e  s p ee d   co n tr o l  s y s te m   o f   th e  w h ee l s ,   an d   m a in l y   d u e  to   th e  p ea k s   o f  r esp o n s e  in   tr a n s itio n al  r eg i m e   [ 1 3 - 1 4 ] . T h er ef o r e,   it  is   n ec es s ar y   to   an al y ze   an d   m i n i m ize  th e s e  p ea k s .     On   t h e  b asis   o f   t h i s ,   an   i m p le m en tatio n   a n d   an   e f f ec t iv e  co m p ar i s o n s   o f   t h r ee   co n tr o l a lg o r ith m s .           Fig u r e  2 .   Mic r o - v ib r atio n   p r o p ag atio n   i n   s at el li te  s tr u c tu r e     - G ra vi t y - G ra di e nt - M a gne t i c - S ol a r ra di a t i on  - A e rodyna m i c Exte r n al   D i s tu r b an c e tor q u e s P oi n ti n g  e r r or A c c e l e ra t i on Co up l e d  s t ru c t ur e E l e c t ri c   M ot or   (v i br a t i on   s ou rc e ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 1 9   :   4 7 2 8   -   4 7 3 7   4730   T h e  n atu r al  f r eq u e n cie s   an d   d is p lace m e n t  co n f ig u r atio n s   f o llo w   eq u atio n s   in   [ 1 5 ] .   Fo r   a  later al   co n f i g u r atio n ,   th e  n at u r al  f r eq u en c y   r ea d s :     = 0 . 560 √ .  3   ( 1 )     T h e  later al  d is p lace m e n t  f o llo w s :     = 0 . 125 (  3 . ) .    ( 2 )     E :  Yo u n g   m o d u le,   I :  i n er c ie  o f   s atellite,    :  M ass   o f   s atel lit e,   :  L en g th   o f   s at ell i te  an d    :    T h e  ac ce l er ati o n   d u e   t o   th e  s p e ed   m o to r   c o n tr o l .       3.   DYNA M I C  AND  K I NE M AT I C S O F   SPAC E C RAF T   I n   th i s   s ec tio n ,   a  r ig id   s ate lli te  m o d el  is   p r esen ted   [ 1 6 - 1 7 ] ;  a  g eo s t atio n ar y   s atellite  i s   s h o w n   i n   F ig u r e   3 .   T h e  an g les  p itch ,   y a w   an d   r o ll  ( , , )   ar e   d ef in ed   r esp ec tiv el y   a s   a  r o tatio n   ar o u n d   th e  b o d y   ax es   an d   ( , , )   a r e  th e  an g u lar   r ate.   Fi g u r e  3   s ho w s   al l r ef er en ce   u s ed .           Fig u r e  3 .   Fra m e  s y s te m s   ( b o d y   an d   r ef er e n ce   f r a m e  an d   i n er tial f r a m e  s y s te m   an d   i n   m o tio n )       3 . 1 .   Dy na m ic  m ent io n    Fo r   th e  r o tatin g   m o tio n   o f   th e  s atell ite,   th e  m o m e n t s   E u ler   eq u atio n   ca n   b e  d escr ib ed   as     th e  f o llo w i n g s   eq u at io n:     =   ⌋   ( 3 )     H ,   T h e  an g u lar   m o m e n t u m   o f   th e  s atellite  ca lc u lated   in   O  an d   M  th e  in er tial  r es u lta n t  o f     th e  m o m e n ts   ap p lied   to   th e  s atellite  a s   s h o w n   i n   F ig u r e   3 ,   th en   t h e  k in e tic  m o m e n t   o f   th e  s atellite  is   ca lcu lated   b y   s u m m atio n   o f   t h e  s u b s y s te m   m as s es o f   t h e  s at ellite .     = ∫ ˄ 1  = ∫ ˄  + ∫ ˄ ( ⌋ ˄ )    ( 4 )     = ˄ ∫  + ∫ ˄ ( ⌋ ˄ )          Z R Y R X R Y aw    Ψ ,r P i tc h     θ ,q R ol l     Φ ,p x y z x R z R y R S a t e l l i t e E a rt h k j i o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A n   imp leme n ta tio n   o f o p tima l  co n tr o l m eth o d s   ( L QI ,   LQG,   L TR)   fo r   g eo s ta tio n a r y…     ( F a r i d Dja b a lla h )   4731   Ass u m in g   t h at  O  is   t h e  ce n ter   o f   m a s s   o f   t h e  s atel lite     ∫  = 0     An d   d ev elo p in g   th e  s ec o n d   ter m ,   w e  o b tain   in   t h e  b ase  ( , , )     = [           ∫ ( 2 + 2 )  − ∫  − ∫  − ∫  + ∫ ( 2 + 2 )  − ∫  − ∫  − ∫  + ∫ ( 2 + 2 )  ]             ( 5 )     Usi n g   t h e  d ef i n itio n   o f   th e  i n er tial  m o m e n t s   o f   th e  s a tellit e  ar o u n d   its   o r th o g o n al  a x es  as  w e ll  as     th e  d ef i n itio n   o f   t h e  in er tial p r o d u cts,  w e  o b tai n   th e  f o llo w in g   m atr i x   f o r m u latio n .     = ⌋   = [  −  −  −   −  −  −   ] ,   is   th e  i n er tial  m a tr ix   o f   t h e  s a tellite     P r o j ec tin g   th i s   eq u atio n   o n   th e   ax es o f   t h e  r ef er e n ce   B   ( o r   ax es   o f   E u ler ) ,   w e  o b tain   E u ler ' s   eq u atio n s :     = ̇ + −   = ̇ + −   = ̇ + −   ( 6 )     W e  ass u m i n g   t h at  t h e  ax e s   ar e  th e  m ai n   a x es o f   i n er tia     =  =  =      [ ̇ ̇ ̇ ] = [             (  −  ) + +  (  −  ) + +  (  −  ) + +  ]               ( 7 )     ( , , ) :   T h e  co m p o n e n ts   o f   t h e  co n tr o l   m o m e n t v ec to r   ( , , ) : T h e  co m p o n e n ts   o f   t h e  m o m en t v ec to r   o f   t h e  ex o g en o u s   d i s tu r b an ce s .     3 . 2 .   K inet ic  m e ntio n   Fo r   th e  k in e tic  m e n ti o n ,   th e  r o tatio n   m atr ix   ca n   th e n   b e  g en er ated   b y   th r ee   ele m en tar y   r o tatio n s   d ef in ed   b y   t h e  m a tr ices: ( , , )     = [ cos −   s in 0 s in cos 0 0 0 1 ] , = [ cos 0 s in 0 1 0 − s in 0 cos ] , = [ 1 0 0 0 cos − s in 0 s in cos ]     T h e  r o tatio n   m atr i x   is   th e n       = [ cos cos cos s in − s in − cos s in + s in s in cos cos cos + s in s in s in s in cos s in s in + cos s in cos − s in cos + cos s in s in cos cos ]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 1 9   :   4 7 2 8   -   4 7 3 7   4732   T h e  co o r d in ates  o f   t h e  a n g u la r   v elo cit y   v ec to r   o f   t h e  r ef er e n ce   p o in t  li n k ed   to   th e  s atelli te  B   w it h   r esp ec t to   th e  r ef er en ce   R   ca n   b e   w r itte n   as:     = − ̇ s in + ̇   = ̇ c os s in + ̇ c os   = ̇ c os s in + ̇ s in     T h u s ,   b y   in v er ti n g   t h e  p r ev io u s   eq u atio n ,   it  w il l  al w a y s   b e  p o s s ib le  to   ca lcu late  t h e  an g les   th e  E u le r   o f   th e  s ate llit e  i n   an y   r ef er e n c e.     ̇ = + [ s in + c os ] ta n   ̇ = c os − s in   ̇ = [ s in + c os ] c os − 1       4.   L Q I / L Q R/L T R  O P T I M AL   CO NT RO L S M E T H O DS     A   m ain   o b j ec tiv e  o f   f ee d b ac k   s y s te m   d esi g n   i s   to   ac h iev e  a  n o m i n al  p er f o r m a n ce   s p ec if icatio n   f o r     a  g iv e n   d esi g n   m o d el  o f   t h e  p lan t,  an d   to   m ai n tai n   t h is   p er f o r m a n ce   o v er   a  r an g e  o f   ex p e cted   er r o r s   b etw ee n   th e  d esig n   m o d el  an d   th e  tr u e  p lan t  [ 1 8 - 21 ] .   I n   th is   s ec tio n ,   th r ee   co n tr o l  m e th o d s   ar e  p r o p o s ed   an d   d escr ib e d   in   b r ief :  L QI   co n tr o ller ,   L QG  an d   L T R   b ased   o n   o p tim al  co n tr o l  th eo r y ,   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   in   th i s   p ap er   is   d etai led   in   t h e  s ch e m e  p r ese n ted   in   F i g u r e  4 .           Fig u r e  4 .   Op ti m all   co n tr o ller s       4 . 1 .   L Q I :   L i nea r  Q ua dra t ic  w it h  inte g ra l   L Q  I   ( lin ea r   q u ad r atic  w i th   i n teg r al)   co n tr o ller s   ar e  th e  s tati c  f ee d b ac k   co n t r o ller s   b ased   u p o n   p lan t   s tate  an d   in te g r al  ( f o r   co n tin u o u s   p lan t s )   o r   s u m   ( f o r   d is cr ete  p lan ts )   o f   tr ac k i n g   er r o r .   T h ey   s tab ilize     th e  o u ter   lo o p   s   an d   m i n i m ize  t h e  q u ad r atic  co s t  f u n ctio n al  ass o ciat ed   w it h   s tep   ex o g en o u s   i n p u t s .     S tep   r ef er en c e  i n p u t a n d   s tep   d is tu r b an ce   [ 2 2 ].     4 . 2 .   LQ G :   lin ea r  q ua dra t ic  g a us s ia n   T h e  L i n ea r - Q u ad r atic - Gau s s ia n   ( L QG)   co n tr o l  p ar ad ig m   i s   g en er all y   w e ll - u n d er s to o d   in   liter atu r e.   T h er e  ar e  m an y   m et h o d s   a v ail ab le  o f   ca lc u lati n g   a n d   m in i m izin g   t h e  e x p ec ted   co s t  E [ J ] .   T h e  i m p le m en ta ti o n   of   a  L Q G  co n tr o l  d es ig n   m eth o d   [ 2 3 ]   to   lin ea r ized   p o r t  Ha m ilto n ia n   s y s te m   d e f i n ed   b y   ( 6 )   to   d er iv e     th e  d y n a m ic  o b s er v er   b ased   co n tr o ller   F ig u r e   5.     S at e ll it e   m at h e m at ical  m od e l  B e s t   O p t im al   S ol u t io n   s e t   poi nt s Cons t ra i nt s LQ I S ol ut i on E rror   e va l ua t i on  s e t   poi nt s Cons t ra i nt s LQ G   S o l u t i o n E rror   e va l ua t i on  s e t   poi nt s Cons t ra i nt s L TR   S ol ut i on  E rror   e va l ua t i on  Eval u ate   ob je c ti ve s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A n   imp leme n ta tio n   o f o p tima l  co n tr o l m eth o d s   ( L QI ,   LQG,   L TR)   fo r   g eo s ta tio n a r y…     ( F a r i d Dja b a lla h )   4733   x ̂ = [ ( J − R ) Q − BK − FB T Q ] x ̂ + F u c     y c = K x ̂   ( 8 )     W h er e  th e  s tate  o f   th e  co n tr o ller   x ̂   r ep r esen ts   th e   esti m a ti o n   o f   th e  s tate  x   o f   th e  s y s te m ,   th e  f ee d b ac k     g ain s   ar e:     F = P f QB R ω − 1   ,  K = R ̃ − 1 B T P c   ( 9 )     W h er e  P f = P f T > 0   ar e  th e  s o lu tio n s   o f   t h e   f o llo w in g   R icca ti e q u atio n s :     ( J − R ) Q P f + P f Q ( J − R ) T − P f QB R ω − 1 B T Q P f + Q v = 0     ( 1 0 )   Q ( J − R ) T P c + P c ( J − R ) Q − P c B R ̃ − 1 B T P c + Q ̃ = 0   ( 1 1 )     W ith   Q v = Q v T > 0 , R ω = R ω T ≥ 0   th e  co v ar ian ce   m atr ic es  an d   Q ̃ = Q ̃ T > 0   an d   R ̃ = R ̃ T ≥ 0   th e  o p ti m al   co n tr o l  w ei g h ti n g   m atr ices.  T h e  co s t f u n ctio n   o f   th e  o p ti m al   co n tr o l is     J c = ∫ ( x T Q ̃ x + u T R ̃ u ) dt ∞ 0   ( 1 2 )           Fig u r e  5 .   C lo s e  lo o p   w it h   k al m an   f il ter       4 . 3 .   L T R:   lo o p t ra ns f er t   re co v e ry   L o o p   T r an s f er   R ec o v er y   i s   a  t o o l a p p lied   in   r o b u s t  m u l ti  v ar iab le  co n tr o l.  L T R   d esi g n   is   th e  last   s tep   in   a  th r ee   s tep   d esi g n   p r o ce d u r e  f o r   co n s t r u cti n g   d y n a m ic  c o m p e n s ato r s   [ 2 4 ].   Fo r   a  ×   d im e n s io n al   ( )   h as o n l y   m i n i m u m   p h a s e  tr an s m is s io n   ze r o s ,   t h en   t h e  o p en -   l o o p   tr an s f er   f u n ct io n .     ( ) ( ) = [ (  − ) − 1 ] [ (  − +  +  ) − 1 ] → 0 →     (  − ) − 1   ( 1 3 )       an d   ar e  f r o m      [ ( , )       , ( , )      ]     = ∫ ( ( ) ( ) + ( )  ( ) ) ∞ 0      ( 1 4 )   =  ( ) +  ( )   ( 1 5 )         5.   RE SU L T S  A ND  D I SCU SS I O N   W e  p r esen t  in   th is   s ec tio n   th e  d if f er en t   r es u lts .   I n   o r d er   t o   d em o n s tr ate  th e  s u p er io r it y   o f   attitu d e   s tab ilizatio n   co n tr o ller   p r esen ted   in   th i s   p ap er ,   L QI ,   L QG  an d   L T R   as  f o llo w s   is   co m p ar ed . T h e  r esu lt s   p r esen ted   in   t h is   s u b - s ec t io n   w er e  o b tain ed   w it h   a  s i m u lat o r   th at  i m p le m en ts   t h e  d y n a m ics  o f   th e  s atelli te  u s i n g   M A T L A B   a n d   SIM U L I NK.   T h e  s p ac ec r af t  s i m u l atio n   m o d el   in c lu d es   t h e  atti tu d e  d y n a m ics   an d   k in e m at ics.  E x ter n al  d is t u r b an ce   to r q u es,  in c lu d e  g r a v it y   g r ad ien t,  m a g n et ic  d is tu r b a n ce s ,   an d   ae r o d y n a m ic   d r ag   ar e  s i m u lated .   T h e  F ig u r e  6   p r ese n t   t h e   SIM U L I N K  b lo c  d ev elo p ed   in   t h is   s t u d y   w it h   I x x =1 5 7 ;   I y y =1 5 3 ; I zz =1 5 7 ;     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 1 9   :   4 7 2 8   -   4 7 3 7   4734       Fig u r e  6 .   Si m u li n k   b lo c  d ev o ll o p ed       T h e  A ,   B ,   C ,   D  m atr ix   ar e  p r esen ted :           I n   th e   F i g u r e  7 ,   w e  d o n e  th e  s i m u latio n   r e s u l ts   i n ,   t h e  t h r ee   a n g le s   P itch ,   Ya w   a n d   R o ll a r e  p l o tted   in   s p in   m o d e  i n   t h e  p r esen ce   o f   d is tu r b an ce   to r q u es. T h e  s i m u latio n   r e s u l ts   o f   L QI / L Q G  c o n tr o ller   ar e  g iv e n   f r o m   Fi g u r e  8 .   B ased   o n   Fig u r e  ca n   b e  f o u n d   th at  t h e  s tab ilizatio n   ca n   n o t  b e  ac h ie v ed ,   co u ld   also   b e  co n clu d ed   as t w o   asp ec ts : lo w  co n v er g e n ce   r ate  an d   ex ce s s i v e  in i tial c o n tr o l to r q u e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A n   imp leme n ta tio n   o f o p tima l  co n tr o l m eth o d s   ( L QI ,   LQG,   L TR)   fo r   g eo s ta tio n a r y…     ( F a r i d Dja b a lla h )   4735           Fig u r e  7 .   Sp in   m o d e  o f   s atel lit e   Fig u r e  8 .   L QI / L QG  r esp o n s e       T h e  s i m u latio n   r es u lt s   o f   L T R   co n tr o ller   ar e  g i v e n   f r o m   Fi g u r e  8 .   B ased   o n   Fig u r e,   t h e  p e r f o r m an ce   an d   r o b u s tn e s s   o f   t h e  L T R   al g o r ith m   co n t r o l  f o r   g eo s ta tio n n ar y   s ate llit e  i s   ev a lu ated .   B ased   o n   Fi g u r e  9   it   ca n   b e  f o u n d   th a t  an g u lar   v el o cit y   is   co n s ta n t  d u r i n g   t h e  s i m u latio n   ti m e,   an d   co n v er g en ce   r ate  o f   E u ler s   is   m ai n tai n ed   at  a  h i g h   lev el   d u r in g   th i s   s tag e.   T h i s   r ev ea l s   t h at  t h e  L T R   co n tr o l ler   h as  a  b etter   ef f icien c y   o n   co n tr o l to r q u e  co m p ar in g   w it h   L QI / L QG  co n tr o ller .   A  co m p ar ativ e   s t u d y   is   s h o w ed   i n   F ig u r e  1 0 ,   th e   P itch   an d   R o ll   r esp o n s e s   a x es  ar e  p lo tted .     I t  is   o b s er v ed   th at  th e  a n g le s   co n v er g e  w it h i n   r ap id l y   w it h   L T R   co n tr o ller .   T h e  ap p lic atio n   o f   R e s p o n s e   Su r f ac e  Me t h o d   ( R SM)   s h o w   i n   Fig u r e  1 1   an d   1 2   o f f e r s   b ased   o n   p ar a m eter   est i m ates,  an   e m p ir ica l   r elatio n s h ip   b et w ee n   t h e  r esp o n s e  v ar iab le  ( ex tr ac tio n   y iel d   o f   L T R )   an d   th e  te s t  v ar iab l es.   I n   F i g u r e  1 1 ,   w e   p r esen t  th e  v ar iatio n   o f   later a l  d is cp lace m e n t  as  f u n ct io n   o f   g eo m etr y   o f   s ate llit e  e n d   ec ce ler atio n   d u e  to   o f   r ea ctio n   w h ee ls   s p ee d   co n tr o l.  W e  n o te  th at  th e  d is cp lace m e n t  in cr ea s e  as  ac ce ler atio n   i n c r ea s e.   I n   F ig u r e  1 2 ,   w e  p r ese n t  t h e  v ar iatio n   o f   lat er al  f r eq u e n c y   a s   f u n ctio n   o f   g eo m etr y   o f   s atelli te  en d   t h e  m as s   i n   T o n n e.   W e   n o te  th at  t h e  f r eq u en c y   v ar ie  a s   f u n c tio n   o f   t h e  g eo m etr y   a n d   th e  m a s s .           F ig u r e  9 .   L T R   r esp o n s e               Fig u r e  10 .   A n g le s   r ate  L QI / L QG/L T R   r esp o n s e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
               I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 1 9   :   4 7 2 8   -   4 7 3 7   4736       Fig u r e  11 .   R esp o n s e  s u r f ac e  p lo ts   s h o w i n g   th e  e f f ec ts   o f   v ar iab les o n   th e  r esp o n s e    ( L ater al  d is p lace m e n t)           Fig u r e  12 .   R esp o n s e  s u r f ac e  p lo ts   s h o w i n g   th e  e f f ec ts   o f   v ar iab les o n   th e  r esp o n s e  ( L ater al   f r eq u en c y )       6.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er ,   w e  an a l y ze d   th e  p er f o r m a n ce   o f   a  g eo s tat io n ar y   s ate llit e  s tab i lized ,   L QI ,   L QG  an d   L T R   co n tr o ller   alg o r it h m s   w a s   in tr o d u ce d   a n d   s i m u la ted .   T h e  t h r ee   co n tr o ller s   w as  e v al u ated   o n   a  n o n l in ea r   s y s te m   o f   a  g eo s tatio n ar y   s atellite  w i th   h e ig h t   in er tia   c o m p ar ed   w i th   m icr o s atellite,   p r o p o s ed   s tab ilit y   an al y s is   f o r   th e   co n tr o l   la w   o f   E u ler ’ s   - b ased   co n tr o l  s y s te m   th at   e m p lo y s   s at u r atio n   f u n ctio n   h as   b ee n   p r esen ted .   Fu r t h er m o r e,   th e  E u ler ’ s   b ased   E x te n d ed   Kalm an   Fil ter   ( E KF)   an a l y ze d   in   t h is   p ap er   w a s   i m p le m en ted .   T h e  s i m u latio n   o f   A DC S  s u b - s y s te m   w a s   p er f o r m ed   b y   ap p l y in g   d if f e r en t  p er tu r b atio n .     T h e  r esu lts   s h o w ed   th at   th e   L QI   an d   L QG  co n tr o ller   w a s   n o t  ab le  to   ac h ie v e  s tab le  o p er atio n   i n   t h e  p r esen c e   o f   d is tu r b an ce .   On   t h e  o t h er   h a n d ,   th e  p r o p o s ed   m eth o d   L T R   th a t  e m p lo y s   E KF  o b s er v er   w as   f o u n d   to   ef f ec tiv e l y   i m p r o v e  b o th   s m all  s i g n al   s tab ilit y   a n d   tr an s ie n t  s ta b ilit y   o f   t h e  A DC S  s u b - s y s te m   s u b j ec ted   to     s ev er e  d is t u r b an ce s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   S.   Dh i n g ra ,   D.   Ku m a r,   “ A   r e v iew   o f   re m o tel y   se n se d   sa tell it e   ima g e   c las si f ic a ti o n , ”  In ter n a ti o n a l  J o u rn a l    o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v o l.   9 ,   n o .   3 ,   p p .   1 7 2 0 - 1 7 3 1 ,   J u n   2 0 1 9 .   [2 ]   L . T .   P h u o n ,   B.   J o u r n e t,   D.B.   G ia,   “ A   m icro w a v e   a c ti v e   f il ter  f o r  n a n o sa telli te’s   re c e iv e r  f ro n t  - e n d s  a t   S - b a n d , ”  In te rn a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   9 ,   n o .   2 ,   p p .   9 7 3 - 9 8 1 ,   A p r  2 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g   I SS N:  2 0 8 8 - 8708       A n   imp leme n ta tio n   o f o p tima l  co n tr o l m eth o d s   ( L QI ,   LQG,   L TR)   fo r   g eo s ta tio n a r y…     ( F a r i d Dja b a lla h )   4737   [3 ]   E. H.   Ka ra m ,   N. A .   A l - Aw a d ,   N. S .   A b d u l - Ja lee l ,   “ De sig n   n o n li n e a r  m o d e l  re f e re n c e   w it h   f u z z y   c o n tro ll e r  f o r   n o n li n e a r  S IS O  se c o n d   o r d e r  sy ste m s,”   I n ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f   El e c trica l  a n d   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   9 ,   n o .   4 ,   p p .   2 4 9 1 - 2 4 0 2 ,   A u g   2 0 1 9 .   [4 ]   T .   S o m e s w a ri,   A . K.   T i w a ri,   R.   N a g a ra j ,   “ No v e l  F ra m e w o rk   f o r  N a v ig a ti o n   u sin g   En h a n c e d   F u z z y   A p p ro a c h   w it h   S li d i n g   M o d e   Co n tro ll e r , ”   I n ter n a ti o n a l   J o u r n a l  o f  El e c trica l  a n d   Co mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v o l.   8 ,   n o .   6 ,     p p .   4 3 1 0 - 4 3 2 0 ,   ,   De c e m b e r  2 0 1 8 .   [5 ]   A . Yu .   A lek sa n d ro v,   E. B.   A lek s a n d ro v a ,   A . A .   T ik h o n o v ,   “ S tab il iza ti o n   o f   a   p ro g ra m m e d   ro ta ti o n   m o d e   f o r     a   sa telli te   w it h   e lec tro d y n a m ic att it u d e   c o n tr o l  sy ste m , ”   Ad v a n c e s in   S p a c e   Res e a rc h ,  v o l .   6 2 ,   p p .   142 – 1 5 1 ,   2 0 1 8 .   [6 ]   P.   Z h a n g ,   A .   M il ls,   J.   Zam b re n o ,   P . H.   Jo n e s,   “ T h e   d e sig n   a n d   in teg ra ti o n   o f   a   so f tw a re   c o n f ig u ra b le  a n d   p a ra ll e li z e d c o p ro c e ss o r  a rc h it e c t u re   f o r  L QR co n tro l , ”  J .   P a ra ll e l  Distrib .   Co m p u t . ,   v o l .   1 0 6 ,   p p .   1 2 1 – 1 3 1 ,   2 0 1 7 .   [7 ]   A. F a d a v i,   A . Be h e sh ti 2 ,   P . Ke rm a n i,   “ Of f in e /On li n e   Op ti m u m   Ro u ti n g   o f   a   UA V   u sin g   A u x il iar y   P o in ts , ”  In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   7 ,   no .   1 ,   p p .   3 9 2 - 4 0 1 ,   2 0 1 7 .   [8 ]   Z.   P e n g ,   L .   Jik a i.   “ On   n e w   UA V   f li g h t  c o n tro l   sy ste m   b a se d   o n   Ka lm a n &   P ID , ”  IEE E  T r a n sa c t io n ,   In ter n a t io n a l   Co n fer e n c e   o n   Ha rb in ,   2 0 1 1 ,   v o l.   2 ,   p p .   8 1 9 - 8 2 3 .   [9 ]   M.R .   Ra h im i,   S .   Ha ji g h a se m i,   D.   S a n a e i,   “ De si g n in g   a n d   S im u latio n   f o r  V e rti c a l  M o v in g   Co n tr o l  o f   U A V   S y ste m   u sin g   P ID,  L QR  a n d   F u z z y   l o g ic , ”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,    v o l.   3 ,   no .   5 ,   p p .   6 5 1 - 6 5 9 ,   2 0 1 3 .   [1 0 ]   F . S h a b a n in ia,  K.Ja f a ri,   “ Us in g   L Q G / L T R  Op ti m a l  Co n tro lM e th o d   to   Im p ro v e   S tab il it y   a n d   P e rf o rm a n c e     o f   In d u strial   G a s  T u rb in e   S y ste m , ”   In ter n a ti o n a l  S c h o la rly   Res e a rc h   Ne two rk ,  p p .   1 - 8 ,   2 0 1 2 .   [1 1 ]   H.   Bij l,   J.W .   W in g e rd e n , T . B.   S c h ö n ,   M.   V e rh a e g e n ,  “ M e a n   a n d   v a rian c e   o f   th e   L Q G   c o st  f u n c ti o n , ”  Au t o ma ti c a ,   v o l.   67 ,   p p .   2 1 6 – 2 2 3 ,   2 0 1 6 .   [1 2 ]   Y.   Eb ih a ra ,   T .   Ha g i w a ra ,   M.   A r a k i. ,   “ S e q u e n ti a l  tu n in g   m e th o d s  o f   L Q/LQI  c o n tro ll e rs  f o r  m u lt iv a riab le  s y ste m s  a n d   t h e ir  a p p li c a ti o n   to   h o t  stri p   m il ls , ”  In ter n a ti o n a l   J o u r n a l  o f  C o n tro l ,  v o l .   7 3 ,   n o .   1 5 ,   p p .   1 3 9 2 - 1 4 0 4 ,   1 9 9 9 .   [1 3 ]   A.   Isra r,   “ V ib ra ti o n   a n d   M o d a l  A n a ly sis o f   L o w   Earth   Orb it   S a tell i te , ”  HIND AW I ,   v o l .  2 0 1 4 ,   2 0 1 4 .   [1 4 ]   L.   L i,   L.   T a n ,   L .   Ko n g 3   , H .   Ya n g ,   D.   W a n g ,   “ F ly w h e e l  m i c ro - v ib ra ti o n   c h a ra c ters   o f   a   h ig h   re so lu ti o n   o p ti c a l   sa telli te , ”  J VE   INT ER NAT IONA L   L T D.JO URNAL   OF  VIB ROENG INEE RING ,  v o l.   1 9 ,   n o .   6 ,  S ep   2 0 1 7 .   [1 5 ]   Zaf ra n e   M . A . ,   Bo u d jem a i   A .   a n d   Bo u g h a n m i   N . ,  “ In tera c ti v e   d e sig n   o f   sp a c e   m a n u fa c tu rin g   s y st e m s,  o p ti m a li t y   a n d   o p p o rt u n it y , ”   In t  J   I n ter a c t  D e s M a n u f ,   2 0 1 8 .   [1 6 ]   F.   P ir o u z m a n d ,   “ Ro b u st  M o d e l   P re d ictiv e   Co n tro l   Ba se d   o n   M RA S   f o r  S a telli te  A tt it u d e   C o n tr o l  S y ste m , ”   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   4 ,   no .   1 ,   p p .   8 1 - 92 ,   2 0 1 4 .   [1 7 ]   S.   Re z a n e z h a d ,   “ De sig n   o f   F u z z y   Op ti m ize d   Co n tro ll e r  f o r  S a telli te  A tt it u d e   Co n tr o l  b y   Tw o   S tate   a c tu a to r     to   re d u c e   L i m it   C y c le   b a se d   o n   T a k a g i - S u g e n o   M e th o d , ”   In te rn a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   4 ,   no .   2 ,   p p .   3 0 3 - 3 1 3 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   S.   S a lah ,   M .   Ha d j  S a d o k ,   A . Gu e ss o u ,   “ A   No v e l  Ne u ro g li a l  Arc h it e c tu re   f o r   M o d e ll in g   S in g u l a r  P e rtu r b a ti o n   S y st e m , ”  In ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o f   El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l. 8 ,   n o . 6 ,   p p .   4 8 1 0 - 4 8 2 2 ,   2 0 1 8 .   [1 9 ]   M . A . A .   Al - M e k h laf i,   H.   W a h id ,   A .   A b d   A z i,   “ A d a p ti v e   N e u ro - F u z z y   Co n tro l  A p p ro a c h   f o r  a   S in g le  In v e rted   P e n d u lu m   S y ste m , ”  In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) .  v o l.   8 ,   n o .   5 ,     p p .   3 6 5 7 - 3 6 6 5 ,   2 0 1 8 .   [2 0 ]   S.   Ru iz,   J.   P a t i n o   a n d   J.  Es p in o sa ,   “ P I  a n d   L QR  c o n tr o ll e rs  f o r  F re q u e n c y   Re g u latio n   i n c lu d in g   W in d   G e n e ra ti o n , ”  In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v o l.   8 ,   n o .   5 ,   p p .   3 7 1 1   –   3 7 2 1 ,   2 0 1 8 .   [2 1 ]   M.   Ya ich ,   M .   G h a rian i ,   “ A   No v e l  T e c h n iq u e   f o r  T u n i n g   P I - c o n t ro ll e r  i n   S w it c h e d   Re l u c tan c e   M o to r   Driv e   f o r  T ra n sp o rtatio n   S y ste m s , ” In ter n a t io n a l  J o u r n a l  o f  El e c trica l  a n d   Co mp u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   8 ,   n o .   6 ,     p p .   4 2 7 2 - 4 2 8 1 ,   De c   2 0 1 8 .   [2 2 ]   F.   He n g .   “ De s ig n   o f   Co n   ti n u o u s  a n d   D  isc re te  L QI  Co n tr o l  S y s tem s   w it h   S tab le  I n n e r  L o o p s , ”  Ch in a   a c a d e mic   jo u rn a l  e lec tro n ic p u b l isc h in g   h o u se ,   1 0 0 7 2 1 1 7 2   0 6 2 0 7 8 7 2 0 6 ,   2 0 0 7 .   [2 3 ]   Y.   W u a ,   B.   Ha m ro u n , Y.   G o rre c ,   B.   M a sc h k e ,   “ Re d u c e d   o rd e r  L Q G   c o n tro l  d e sig n   f o r  p o rt  Ha m il to n ian   sy ste m s , ”   Au to m a ti c a ,   v o l.   9 5 ,   p p .   86 – 92 ,   2 0 1 8 .     [2 4 ]   D.   Ho rla,  A .   Kro li k o w s k i,   “ C o n ti n u o u s - T im e   A d a p ti v e   L Q G / LT R  Co n tro l, ”  Pro c e e d in g s  o f   th e   7 th   IFA C   S y mp o si u m  o n   R o b u st  Co n tro l  De sig n   T h e   In ter n a ti o n a l  Fed e r a ti o n   o f  A u t o ma ti c   Co n tro l  A a l b o rg ,   De n m a r k ,     Ju n   2 0 1 2 ,   p p .   20 - 22 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.