مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل بهینه غیرخطی مساله ملاقات مداری برای مدار هدف دایروی و بیضوی

نویسندگان
1 استادیار مهندسی هوافضا -دانشکده فناوریهای نوین -دانشگاه شهید بهشتی
2 دانشگاه شهبد بهشتی- دانشکده فناوری های نوین- مهندسی هوافضا
چکیده
مساله‌ی ملاقات و اتصال مداری یکی از چالش برانگیزترین مسائل هوافضایی است. موقعیت و وضعیت فضاپمایی که قصد ملاقات با هدفی را دارد با معادلات غیرخطی حرکت نسبی سنجیده می‌شود. این فضاپیما باید به نوعی کنترل شود تا ملاقاتی امن و پایدار با رعایت ملزومات و قیود مساله صورت پذیرد. در این مقاله برای مدار دایروی دینامیک ملاقات به فرم مرتبه دوم معادلات حرکت نسبی غیرخطی کلوهسی-ویلتشایر و برای مدار بیضوی معادلات شونر-همپل متغیر با زمان لحاظ شده است. تابع هزینه کنترل بهینه طوری در نظر گرفته شده است که علاوه بر بهینگی مصرف سوخت، حالتهای همواری استخراج شود. کنترل بهینه غیر خطی برای این مساله با استفاده از معادله ریکاتی وابسته به حالت بر اساس روش تحلیلی مقادیر ویژه ماتریس همیلتونین استخراج شده و نتایج با تنظیم کننده مربعی خطی مقایسه شده است. مقاومت، پایداری و همواری جواب‌ها در حضور عدم قطعیت‌های وارد به سیستم نشان داده شده وکارآمدتر بودن کنترل کننده غیرخطی نسبت به روش‌های موجود مشاهده شده است. به علاوه کنترل بهینه برای ملاقات با هدف در مدار بیضوی به صورت مستقل حل و تحلیل شده است. نتایج و مسیرهای بهینه با استفاده از انتقالی مناسب در دستگاه اینرسی بیان شده اند تا بتواند مورد استفاده در اهداف هدایتی و ناوبری قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Nonlinear Optimal Control of Orbital Rendezvous Problem for Circular and Elliptical Target Orbit

نویسندگان English

Mohammad Navabi 1
Mehdi Reza Akhloumadi 2
چکیده English

The orbital rendezvous and docking with Position and attitude nonlinear dynamics is one of the most challenging problems in the Aerospace engineering. The attitude and position of a chaser spacecraft, desired to rendezvous with a target spacecraft, have to be determined with respect to the target, as a result relative equations have to be considered. The chaser is controlled by actuators to rendezvous safely and stably under the conditions and requirements. In this paper rendezvous dynamics for target in a circular orbit is assumed as nonlinear second-order clohessy-wiltshire relative motion equations. Shauner and hempel relative equations are considered for target in elliptical orbit. Cost function has been chosen in a manner to minimize the control effort and to give smooth states. Nonlinear optimal control for rendezvous with a target in circular orbit using state dependent riccati equation by means of eigen vectors of the Hamiltonian matric is compared with linear quadratic regulator method for both linear and nonlinear systems and then stability and robustness of the results are analysed. Optimal control of a elliptical rendezvous is discussed independently. For navigational porpose it is important to express relative motion in inertial frame, this is accomplished by introducing an appropriate transformation.

کلیدواژه‌ها English

Rendezvous and docking
Clohessy-Wiltshire
Schauner-Hempel
nonlinear optimal control
State Dependent Riccati Equation