عنوان مقاله :
كنترل زمان بهينه وضعيت و موقعيت يك فضاپيما در مانور مجاورت مداري
عنوان به زبان ديگر :
Time-optimal Control of Spacecraft Rotational and Translational Dynamics in Orbital Rendezvous Maneuver
پديد آورندگان :
موسوي، محمد دانشگاه صنعتي اميركبير - دانشكده مهندسي هوافضا , اسماعيلي فر، مجيد دانشگاه صنعتي اميركبير , چيني فروشان، محمد پژوهشگر پژوهشگاه فضايي ايران
كليدواژه :
كنترل بهينه كمترين زمان , مانور مجاورت مداري , ديناميك انتقالي و دوراني , روش شبه طيفي گاوس , ساختار كنترلي بنگ- بنگ
چكيده فارسي :
در اين پژوهش مسئله‌ي مانور مجاورت مداري شش درجه آزادي زمان بهينه براي يك فضاپيماي صلب، متقارن و با عملگرهاي كنترلي مجزا براي كنترل وضعيت و موقعيت مورد بررسي قرارگرفته‌است. همچنين فرض‌شده‌است كه فضاپيما به عملگرهاي تراستري مجهز است و نيروها و گشتاورهاي كنترلي در جهت و حول سه محور ممان اينرسي اصلي فضاپيما ايجاد‌مي‌شوند. براي بدست‌آوردن مسيرهاي حالت و ورودي كنترلي مانور شش درجه آزادي زمان بهينه، در ابتدا ديناميك‌هاي انتقالي و دوراني نسبي فضاپيما توضيف‌شده‌اند و سپس براي حل مسئله‌ي كنترل بهينه‌ي كمترين زمان با در نظرگرفتن قيود بر روي نيروها و گشتاورهاي كنترلي از روش شبه طيفي گاوس استفاده‌شده‌است. سپس به‌منظور اثبات بهينگي مرتبه اول حل بدست‌آمده، تخمين كمك‌حالت انجام‌شده‌است. نتايج شبيه‌سازي عددي نشان‌مي‌دهد كه براي مسئله‌ي مانور شش درجه آزادي زمان بهينه‌ي مورد نظر، ساختار كنترلي براي تمام نيروها و گشتاورهاي كنترلي بنگ-بنگ است. در نهايت نيز با استفاده از اصل كمينه‌ي پونترياگين بهينگي مرتبه اول حل بدست‌آمده اثبات‌شده‌است.
چكيده لاتين :
In this research, the time-optimal 6 degrees of freedom (6DOF) orbital rendezvous maneuver problem for an inertially asymmetric rigid spacecraft with independent attitude and position control actuators has been investigated. It is also assumed that the spacecraft is equipped with the thruster actuators and the control forces and torques are generated along the three principal axes of the spacecraft. In order to obtain the time-optimal 6DOF maneuver state and control trajectories, at first, the relative translational and rotational dynamics of the spacecraft are described. Then, the Gauss pseudospectral method is used to solve the time-optimal control problem in the presence of constraints on control forces and torques. Also, the costates are estimated to first-order optimality proof of the obtained solutions. The Numerical simulation results show that for the assumed time-optimal 6DOF maneuver problem, the control structure for all of the control forces and torques is ‘bang-bang’. Eventually, the optimality of the obtained solutions is verified by checking the fulfillment of Pontrygain’s minimum principle.
عنوان نشريه :
علوم، فناوري و كاربردهاي فضايي
