تدوين يك الگوريتم مشاركتي براي طراحي مسير بهينه اجسام بازگشت پذير

Developing a hybrid algorithm to design the optimal trajectory of reentry vehicles

اين مقاله روش جديدي در طراحي مسير حركتي بهينه را معرفي مي كند. در اين روش مشاركتي، ويژگي هاي مطلوب روش هاي مدرن بهينه-سازي در كنار دقت بالاي روش هاي گراديان پايه در يك ساختار بهينه سازي دو لايه به كار گرفته مي شود. لايه نخست براي برطرف كردن كامل وابستگي به شرايط نخستين، سه الگوريتم مدرن بهينه سازي را به كار مي گيرد. اين سه الگوريتم در قالب ساختاري با تبادل متقابل اطلاعات، جستجوي جامعي را در فضاي حل به انجام مي رساند. روش مورد استفاده در خانواده روش هاي پرتاب قرار مي گيرد و براي افزايش كارايي آن، مدل جامعي براي بيان پروفيل كنترلي به كار گرفته مي شود. استفاده از الگوي به كار برده شده، نرخ همگرايي را بهبود داده و امكان دستيابي به يك حل اوليه مطلوب در كمينه زمان را فراهم مي آورد. نتيجه نهايي اين لايه، به لايه دوم بهينه سازي داده مي شود. در اين لايه با بهره گيري از نتايج حاصل از لايه داخلي، يك روش از مجموعه روش هاي بر هم نشاني مستقيم، موسوم به روش شبه طيفي گاوس- رادو مورد استفاده قرار مي گيرد. ساختار در نظر گرفته شده، بازدهي روش شبه طيفي در دستيابي به پاسخ نهايي را بهبود بخشيده و دقت و سرعت حل مسيله را ارتقا مي دهد. پس از ارزيابي الگوريتم هاي بهينه سازي هر دو لايه، مسيله بازگشت به جو يك كپسول فضايي مورد بررسي قرار گرفته و اثر تغيير قيود بر ميزان حرارت جذب شده مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد.

Optimal trajectory planning is an important task which is required in most of guidance missions. This paper introduces a new method that utilizes the most important characteristics of global optimization methods along with a new gradient-based method in a two layered scheme for the trajectory planning. In the first layer to construct a convenient shooting method based algorithm, some of the most important global methods of optimization are used in an information transform structure. Exchanging the information between selected algorithms helps for increasing the efficiency of problem solving. To do this, a comprehensive model for parameterization of the control history is introduced which allows the method to search for the best profile in a variety of different profiles. Results of this layer are transformed to the second layer that uses one of direct methods of solving the optimal control problems. This gradient based method named Radau pseudospectral method using of the results of global methods, completes the optimization process. Finally, developed algorithm is used to find the optimal trajectory of a reentry capsule and effects of the path constraint values on the total heat absorbed is investigated.