نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

• عاطفه حسین زاده ¹
• امیرحسین آدمی ²
• اصغر ابراهیمی ³

¹ مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،مهرگان، ایران

² مدیر مرکز ماهواره و فضاپیما، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

³ استادیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در مأموریت‌های فضایی وسایل بازگشت‌پذیر (Reentry Vehicle)، فاز بازگشت به جو از مهمترین مراحل مأموریت می‌باشد. به همین دلیل، هدایت و کنترل وسیلة بازگشت‌پذیردر این فاز مأموریت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله یک الگوی هدایت و کنترل بهینه‌ برای وسایل بازگشت‌پذیر ارائه می‌شود که در برابر عدم قطعیت در پارامترهای ورودی مقاوم باشد. برای استفاده از هر نوع روش هدایتی، ابتدا باید معادلات حرکت وسیله را به‌دست آورد. در این مقاله از روش کنترل غیرخطی کوادراتیک برای هدایت مسیر استفاده می‌شود. در همین راستا هدف از انجام این مقاله توسعة معادلات حرکت وسایل بازگشت‌پذیر به فرم فضای حالت و استخراج ماتریس‌های سیستمی و کنترلی وابسته به متغیرهای حالت و کنترل می‌باشد. در این مقاله سعی شده است تا با استفاده از کنترلر غیرخطی کوادراتیک و تعقیب یک مسیر مرجع، خطای برخورد وسیلة بازگشتی در نقطة پایانی حداقل شود. بدین منظور برای یک مسیر مشخص با پارامترهای ورودی مختلف، با استفاده از روش تکاملی الگوریتم ژنتیک برای کاهش خطای برخورد در نقطة پایانی با تغییرات ماتریس‌های وزنی Q و R تلاش شده است. برای بررسی و امتحان صحت این روش از طریق آنالیز مونت کارلو، این روش برای 1000 مسیر مختلف تحلیل شده است. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از توسعة ماتریس‌های سیستمی وابسته به متغیرهای حالت و کنترل، خطای برخورد در حضور عدم قطعیت‌های پارامترهای ورود 90% بهبود می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

• وسایل بازگشت‌پذیر
• هدایت بهینه
• کنترل بهینه
• عدم قطعیت
• کنترلر غیرخطی کوادراتیک (NQT)
• فضای حالت

20.1001.1.20084560.1397.11.1.1.7

عنوان مقاله [English]

Nonlinear Optimal Control of Reentry Vehicles Based on Deriving the State and Control Depended Systematic Matrices in State Space Form

نویسندگان [English]

• atefeh hoseinzadeh ¹
• Amirhossain Adami ²
• Asghar Ebrahimi ³

¹ Aerospace University Complex, Malek Ashtar University of Technology, Mehregan, Iran

² Satellite & LV center, Aerospace Department, Malek Ashtar University of Technology.Tehran.IRAN

³ Associate Professor Malek Ashtar University of Technology.Tehran.IRAN

چکیده [English]

The atmospheric reentry phase is one of the most important mission steps in space missions, therefore, the guidance and control of reentry vehicles in this phase of mission is important. In this article, a reentry vehicle guidance algorithm is proposed which has suitable robustness in the presence of initial reentry parameters uncertainty. To use any conductive method, first the motion equations must be obtained. In this paper, quadratic nonlinear control method is used to guide the vehicle. In this regard, the equations of motion of reentry vehicles are developed in form of state space and the system and control matrices depending on the state and control variables are extracted. In this article, it is tried to minimize the landing errors at terminal point using Nonlinear Quadratic Tracking (NQT) and chasing a reference trajectory. In order to define a trajectory with different initial states using evolutionary genetic algorithm with changes in weighting matrices Q and R, it is tried to reduce the errors of landing at terminal point. Monte Carlo analysis is used to evaluate the performance of the proposed algorithm. According to the results, the proposed algorithm can reduce the errors more than 90% in the presence of reentry initial parameter uncertainties.

کلیدواژه‌ها [English]

• Reentry vehicles
• Optimal guidance
• Optimal control
• Uncertainty
• Nonlinear Quadratic Tracking (NQT)
• state space