هدايت و كنترل فضاپيما در فاز بازگشت با عدم قطعيت در مدل ديناميكي

Guidance and Control for Space Capsule in the Presence of Uncertain Dynamic Parameters during the Atmospheric Entry Phase

از موضوعات مهمي كه در رابطه با طراحي كنترلر در فاز بازگشت به جو مطرح است عدم قطعيت هاي مربوط به محيط و تغييرات سريع اتمسفر بر حسب ارتفاع و عدم قطعيت هاي مربوط به محموله از جمله ضرايب آيروديناميكي، جرم، ممان هاي اينرسي و . . . است. از ديگر موضوعات چالشي در كنترل محموله-هاي بازگشتي، بررسي و طراحي يكپارچه قانون هدايت و كنترل در فاز بازگشت است. زيرا در محموله هاي واقعي ورودي كنترلي يك پروفايل از پيش تعريف شده بر حسب سرعت يا ارتفاع نبوده بلكه از يك سيستم هدايت كه در طول مسير بازگشت به توليد فرامين كنترلي مي پردازد استفاده مي شود. در اين مقاله، به طراحي يك كنترلر تطبيقي به منظور غلبه بر عدم قطعيت هاي موجود پرداخته و از زاويه غلت به عنوان متغير كنترل مسير استفاده مي كند. از ديگر اهداف اين مقاله، طراحي و پياده سازي يك طرح هدايتي يكپارچه با كنترلر طراحي شده و اثبات عملكرد آن در يك سناريوي كامل بازگشت به جو از نقطه آغاز مسير بازگشت تا لحظه باز شدن چترها خواهد بود. در نهايت عملكرد كنترل تطبيقي طراحي شده، از طريق انجام شبيه‌سازي‌هاي 6 درجه آزادي بررسي مي‌شود‌. نتايج به‌دست آمده كاركرد مطلوب كنترلر را در حضور عدم قطعيت هاي پارامتريك‌ و شرايط اوليه نامشخص نشان مي‌دهد‌.

Important issues in designing a controller for re-entry vehicles is environmental uncertainties such as rapid changes in atmospheric properties which is an explicit function of altitude and also uncertainties of itselfvehicle such as aerodynamic coefficient, moment of inertia and so on. This paper deals with the design of a control in order to overcome the uncertainty thatuses bank angle as a trajectory control variable.Another issue raised in recent studies has been integration of adaptive controller with guidance systems of re-entry vehicles because in real re-entry vehicle the bank angle is not a predefined profile function of velocity or altitude buta guidance algorithm are usedto produce bank commands during the atmospheric flight. Hence, other objectives of the thesis is to study and implementing of a guidance algorithm and proving of desired performance of the designed controller in a perfect scenariofrom starting point of the re-entry path until the opening of parachutes. Performance of designed controller is studied through simulations ofsix degrees of freedom of re-entry vehicle.. The results showed good performance in the presence of parametric uncertainty andunknown initial condition.