كنترل بهينه غيرخطي مسيله ملاقات و اتصال فضايي

Nonlinear Optimal Control of Space Docking and Rendezvous Problem

در اين مقاله، يك كنترل بهينه غيرخطي براي مسيله ملاقات و اتصال مداري پيشنهاد شده است. فضاپيمايي كه قصد ملاقات و اتصال با هدف را دارد توسط عملگرهاي كنترلي به نوعي كنترل مي شود تا ملاقاتي امن و پايدار با رعايت ملزومات و قيود مسيله صورت پذيرد. با استفاده از معادلات غيرخطي ديناميك موقعيت و وضعيت فضاپيما به صورت نسبي براي مدار دايروي و بيضوي در حضور چرخ هاي عكس العملي و بدون چرخ به طراحي كنترلر بهينه پرداخته مي‌شود. تابع هزينه كنترل بهينه به فرم تنظيم‌كننده مربعي غيرخطي بيان مي‌شود و قيود كنترلي به مسيله اعمال مي شود تا كنترل استخراج شده در محدوده مجاز مومنتوم خروجي چرخ ها قرار گيرد. به دليل اهميت مقاومت به عدم قطعيت ها در سيستم، كنترل بهينه غيرخطي براي اين مسيله با استفاده از معادله ريكاتي وابسته به حالت بر اساس روش تحليلي بردارهاي ويژه ماتريس هميلتونين استخراج مي شود. نتايج شبيه سازي مبين مناسب بودن اين روش كنترل غيرخطي براي فرايند ملاقات و اتصال مداري است

In this paper a nonlinear optimal control is suggested. Spacecraft intended to rendezvous and dock with the target is controlled by actuators to have a safe and stable course while satisfying requirements. The Nonlinear optimal controller is designed using nonlinear equations of relative position and attitude of spacecraft for circular and elliptical orbits with and without reaction wheels. Cost function of the optimal control problem is expressed in the form of nonlinear quadratic regulator and control constraints are applied to the problem to gain controls in the allowable domain which is produced by the wheels. For the sake of robustness to the uncertainties as one of the most important element of the control design, nonlinear optimal control is derived using state dependent Riccatti equation based on analytical method of eigen vectors of Hamiltonian matrix. Simulation results show that this nonlinear control method achieves a good performance for rendezvous and docking problem.