علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

طراحی مسیر بازگشت به جو با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ارتقا یافته برمبنای تلفیق هدایت کلاسیک و بهینه‌سازی بردار شتاب

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
2 دانشیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
3 استادیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
4 مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
چکیده
طراحی مسیر بهینه غیرهم‌زمان، یکی از راهکارهای مورد استفاده برای هدایت فضاپیما‌های بازگشتی و قابل استفاده مجدد است. در این رویکرد بسیاری از قیود و محدودیت‌های مسئله قابل بررسی می‌باشد بدون اینکه مسئله‌ی زمان و حجم محاسبات محدودیتی را ایجاد نماید. در طراحی مسیر بهینه قیود گوناگونی قابل اعمال می‌باشند که با حذف و اضافه نمودن آن‌ها عملکرد بهینه‌ساز قابل ارتقا است تاجاییکه می‌توان آن ‌را به عنوان کاندید روش هم‌زمان معرفی نمود. از آنجاییکه اکثر روش‌های بهینه‌سازی نیازمند حدس اولیه‌اند، در این تحقیق با استفاده از مدیریت حدس‌اولیه، نسبت به کاهش قیود در مسئله بهینه‌سازی و انتقال آن‌ها به فاز مربوطه به حدس اولیه اقدام شده است. لذا قیودی مانند خطا و زاویه برخورد از طریق به کارگیری روش‌های هدایت کلاسیک مدیریت شده و سپس خروجی این روش‌ها به عنوان حدس اولیه به بهینه‌ساز ارائه می‌گردد. نتایج شبیه‌سازی شش‌درجه آزادی نشان‌دهنده‌ ارتقای دقت و کاهش زمان محاسبات بهینه است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] M. J. Poustini, "Re-Entry Trajectory Optimization by Use of Direct Method," Maleke-Ashtar University of Technology, Tehran, 2013, (In Persian).
[2] S. H. Jalali-Naieni and A. Arabian Arani, "Proportional Navigation Guidance with Variable Navigation Ratio in terms of the angle of relative velocity with respect to Line-of-Sight and its Rate," Journal Of Space Science & Technology, vol. 3, no. 2, pp. 1-12, 1399 (In Persian).
[3] Y. Raj Sharma and A. Ratnoo, "A bearings-only trajectory shaping guidance law with look angle constraint," IEEE Transactions on aerospace and electronic system, vol. 55, no. 6, pp. 3303-3315, 2019.
[4] WenbinYu, WanchunChen, "Trajectory-Shaping Guidance with final speed and load factor constraints," ISA Transactions the journal of automation, vol. 56, 2014.
[5] N. Cho, Y. Kim, H.-S. Shin and A. Tsourdos, "Trajectory Shaping Guidance Law Based on Downrange-to-Go Polynomial," in Advances in Aerospace Guidance, Navigation and Control, pp. 551-569, 2018.
[6] S. He, C.-H. Lee, H.-S. Shin and A. Tsourdos, "Optimal Trajectory Shaping Guidance Law with Seeker’s Field-of-View Constraint," in Optimal Guidance and Its Applications in Missiles and UAVs, Springer Aerospace Technology, pp. 41-63, 2020.
[7] C.-L. Lin and Y.-Y. Chen, "Design of Fuzzy Logic Guidance Law Against High-Speed Target," AIAA Journal of Guidance Control & Dynamics, vol. 23, no. 1, 2000.
[8] A. Ratnoo, S. Y. Hayoun, A. Granot and T. Shima, "Path Following using Trajectory Shaping Guidance," in AIAA Guidance, Navigation, and Control (GNC) Conference, 2013.
[9] J. A. Lukacs and O. A. Yakimenko, "Trajectory-Shape-Varying Missile Guidance for Interception of Ballistic Missiles during the Boost Phase," in AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, Hilton Head, South Carolina, August 2007.
[10] M. Poustini, R. Esmailzaeh and A. Adami, "A new approach to trajectory optimization based on direct transcription and differential flatness," Acta Astronutica, vol. 107, pp. 1-13, 2015.
[11] J. T. Betts, Practical Methods for Optimal Control and Estimating Using Nonlinear Programming, 2nd-ed, Philadelphia: Society of Industrial and Applied Mathematics, 2010.
[12] R. Jamilnia, "Terrain following and avoidance in minimum time based on differential flatness," Journal of Aerospace Technology, vol. 8, no. 2, pp. 179-192, 1398 (In Persian).
[13] A. Tewari, "Atmospheric & Space Flight Dynamics Modeling & Simulation with MATLAB & Simulink," Boston, 2007.
[14] P. H. Zipfel, Modeling and Simulation of Aerospace Vehicle Dynamics, Virginia: AIAA Education Series, 2007.
[15] P. Zarchan, Tactical and Strategic Missile Guidance, Massachusetts: American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), 2012.
[16] B. A. Conway, Spacecraft Trajectory Optimization, New York: Cambridge University Press, 2010.
[17] H. Torabi Delshad, S. H. Sadati and B. Soltan Mohammad, "Design of Missile Control System Using Dynamic Inversion And Neural Network," Mechanical Engineering Sharif, vol. 3, no. 1, pp. 3-10, 2014 (In Persian). 

  • تاریخ دریافت 23 مهر 1399
  • تاریخ بازنگری 18 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش 19 اسفند 1399
  • تاریخ اولین انتشار 25 اسفند 1399