Использование псевдоспектрального метода для поиска траекторий оптимальных по расходу топлива разворотов Международной космической станции
Автор: Прутько Алексей Александрович, Атрошенков Сергей Николаевич, Богачев Алексей Викторович, Старченко Александр Евгеньевич
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Системный анализ, управление и обработка информации
Статья в выпуске: 4 (27), 2019 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается задача поиска оптимальных по расходу топлива траекторий управления ориентацией Международной космической станции (МКС) при выполнении пространственных разворотов на большие углы с использованием реактивных двигателей ориентации. Создание подобных алгоритмов управления угловым движением МКС в настоящее время является актуальной задачей для российских разработчиков бортового программного обеспечения. Для формирования оптимальной траектории разворота в работе предлагается применить псевдоспектральный метод Лобатто. Этот метод позволяет привести постановку задачи оптимального управления к задаче нелинейного математического программирования, которая может быть решена при помощи метода последовательного квадратичного программирования. Результаты моделирования показали значительную экономию топлива и ресурса двигателей ориентации при разворотах орбитальной станции по сравнению с используемыми в настоящее время алгоритмами системы управления движением Российского сегмента МКС.
Международная космическая станция, проблема оптимального управления, управление угловым движением, псевдоспектральный метод, нелинейное программирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143172151
IDR: 143172151 | DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2019-4-121-133
Список литературы Использование псевдоспектрального метода для поиска траекторий оптимальных по расходу топлива разворотов Международной космической станции
- Прутько А.А., Сумароков А.В. Использование спектральных методов для анализа собственных частот колебаний конструкции МКС и амплитуды шумов измерителя угловой скорости // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2018. № 4. C. 59-68. DOI: 10.18698/0236-3933-2018-4-59-68
- Прутько А.А., Сумароков А.В. О нагрузках на элементы конструкции многоцелевого лабораторного модуля на автономном участке полета // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 2. C. 123-138. DOI: 10.18698/0236-3933-2017-2-123-138
- Атрошенков С.Н., Платонов В.Н., Губарев Ф.В., Саратов А.А. Оптимальный по расходу топлива алгоритм разворота МКС с помощью реактивных двигателей с учетом ограничений по нагрузкам на конструкцию // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 4. C. 118-138. 10.18698/ 0236-3933-2017-4-118-138. DOI: 10.18698/0236-3933-2017-4-118-138
- Bhatt S., Bedrossian N., Nguyen L. Optimal propellant maneuver flight demonstrations on ISS // AIAA Guidance, Navigation, and Control (GNC) Conf. 2013. DO1. DOI: 10.2514/6.2013-5027
- Elissar Global. DIDO Software. Режим доступа: http://www.elissarglobal.com/ industry/products/software-3/ (дата обращения 26.06.2019 г.).
- Борисенко Н.Ю., Сумароков А.В. Об ускоренном построении орбитальной ориентации грузовых и транспортных кораблей серий "Союз МС" и "Прогресс МС" // Известия РАН. Теория и системы управления. 2017. №5. С. 131-141.
- DOI: 10.7868/S0002338817050110
- Garg D., Patterson M.A., Hager W.W., Rao A.V., Benson D. A., Huntington G.T. An overview of three pseudospectral methods for the numerical solution of optimal control problems // 2009 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, 10-13 August 2009, Pittsburgh, PA.
- Bedrossian N., Bhatt S., Kang W., Ross M. Zero-propellant maneuver guidance // IEEE Control Systems. 2009. V. 29. № 5. P. 53-73. DO1.
- DOI: 10.1109/MCS.2009.934089
- Runge C. Über empirische Funktionen und die Interpolation zwischen äquidistanten Ordinaten // Zeitschrift für Mathematik und Physic. 1901. 46. P. 224-243.
- Find minimum of constrained nonlinear multivariable function // MATLAB Documentation. Режим доступа: https://www. mathworks.com/help/optim/ug/fmincon.html (дата обращения 23.08.2018 г.).
- Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Мисриханов М.Ш., Рябченко В.Н., Тимаков С.Н., Черемных Е.А. Идентификация положения равновесной ориентации международной космической станции как задача матричного пополнения с устойчивостью // Известия РАН. Теория и системы управления. 2012. № 2. С. 130-144.
- Микрин Е.А. Бортовые комплексы управления космических аппаратов. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 254 с.
- Атрошенков С.Н., Прутько А.А., Крылов А.Н., Крылов Н.А., Губарев Ф.В. Моделирование сил и моментов сил набегающего потока атмосферы в целях верификации динамических режимов системы управления движением и навигации МКС и синтеза оптимального управления // Космическая техника и технологии. 2017. № 4(19). С. 72-88.
