کنترل بهینة یک فضاپیمایالاستیک در انجام مأموریت مجاورتی با استفاده از روش معادلة ریکاتی وابسته به حالت

نویسندگان

1 دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

چکیده

این مقاله، به طراحی کنترلر مناسب برای فضاپیمایی با سازة الاستیک‌، در انجام مأموریت‌های مجاورتی اختصاص دارد‌. هدف آن است که فضاپیمای تعقیب‌کننده‌، خود را به فاصلة نسبی مشخصی از هدف برساند و سپس در شرایطی که وضعیت آنها با یکدیگر هماهنگ باشد‌، درگاه ارتباطی خود را بر درگاه ارتباطی هدف منطبق سازد‌. اجرای فرآیند ذکر شده اغلب مستلزم مانورهای بزرگ‌، سریع و دقیق موقعیت و وضعیت است که ارتعاشات بخش‌های انعطاف‌پذیر فضاپیما را نیز به‌همراه خواهد داشت‌. همچنین وجود عواملی چون اغتشاش خارجی‌، اشباع عملگر و عدم‌قطعیت در مدل استفاده شده بر چالش‌های پیش رو در راه تحقق این ایده می‌افزاید‌. در چنین شرایطی، بهره‌گیری از یک راهبرد کنترلی غیرخطی و کارا‌، برای انجام موفق سناریوی درنظر گرفته شده ضروری است‌. برای این منظور در این مقاله‌، از روشی در کنترل غیرخطی بهینه با عنوان معادلة ریکاتی وابسته به حالت () استفاده خواهد شد‌. فرمول‌بندی و تنظیم ساده در عین برخورداری از کارایی مناسب و مقاومت قابل‌قبول، از جمله مزایای این شیوه در کنترل همزمان موقعیت‌، وضعیت و حرکات الاستیک سازة فضاپیما در انجام مأموریت‌های مجاورتی است‌. شبیه‌سازی‌های 6 درجه آزادی انجام‌شده عملکرد مطلوب کنترلر را در حضور انعطاف‌پذیری سازه‌، عدم‌قطعیت‌های پارامتریک‌، نامعینی و اشباع ورودی کنترلی و اغتشاشات خارجی اثبات می‌کند‌.    

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimal Control of a Flexible Spacecraft in a Proximity Operation Using State Dependent Riccati Equation

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Mortazavi 1
  • Ali Reza Alikhani 2
1 Faculty of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

This paper presents a suitable technique for nonlinear control of a flexible spacecraft in proximity operations. To do proximity operations well, the pursuer spacecraft must place itself in a pre specified location relative to target and align its docking port to target’s docking port while keeping their attitude compatible. This procedure usually needs large‌, fast and accurate manoeuvres which can cause flexible structure vibrations. In addition, external disturbances, actuator saturation and model uncertainties increase difficulties of achieving such a goal. Consequently it is necessary to utilize an  effective and nonlinear controller design approach to overcome these challenges. To perform considered scenario successfully, in this paper we use a method in nonlinear optimal control called State Dependent Riccati Equation (SDRE). Simple formulation and tuning as well as good performance and satisfactory robustness are some advantages of this approach in unified control of the spacecraft position, attitude and flexible motion during a proximity operation. 6DoF simulations‌ show good performance of controller in presence of structure flexibility, parametric uncertainties, input uncertainty and saturation and external disturbance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spacecraft
  • flexible structure
  • Proximity operation
  • Nonlinear Control
  • Optimal control
  • State dependent riccati equation
  • Uncertainty
  • Disturbance
  • Actuator Saturation