هدایت بهینه بر خط بازگشت به زمین از طریق بسط مجانبی هماهنگ

Mortazavi, M.; Abbasi-Moghadam, D.

هدایت بهینه بر خط بازگشت به زمین از طریق بسط مجانبی هماهنگ

Authors

M. Mortazavi

D. Abbasi-Moghadam

Abstract

هدف اصلی مقاله حاضر، هدایت بهینه و برخط اجسام بازگشتی به زمین است. روند دستیابی به این مهم مبتنی بر روش بسط مجانبی هماهنگ است که یکی از روش‌های خانوادة اغتشاشات تکین است و به کمک روش تغییر اکسترمال‌ها تقویت شده است. روش جدید حاصل MAEOGکه مخفف کلمات مربوط به هدایت بهینة مبتنی بر بسط مجانبی هماهنگ است ضمن ارائة راه حل با دقت قابل قیاس با روش‌های دیگر، بسیار سریع مسئله را به جواب می‌رساند و زمان حل را کاهش می‌دهد. به علاوه، این امکان را می‌دهد که چه برا و چه زاویة رول به عنوان متغیرهای کنترل در نظر گرفته شوند. ویژگی‌های روش جدید برای توسعة الگوریتم هدایتی بازگشت به زمین کاملاً مناسب به نظر می‌رسند.

Keywords

کنترل بهینه

بازگشت به زمین

MAEOG

زمان حل

Article Title Persian

Online Optimal Reentry Guidance via Matched Asymptotic Expansion

Authors Persian

مهدی مرتضوی

داوود عباسی مقدم

Abstract Persian

Online optimal reentry guidance of reentry vehicles is the main objective of this paper. The procedure is based on the Matched Asymptotic Expansion (MAE) method, one of the Singular Perturbation Theory (SPT) procedures, and is aided with the Variation of Extremals (VOE) method. The new technique, named MAEOG(Matched Asymptotic Expansion Optimal Guidance) offers a very low solution time and an acceptable accuracy compared with the other numerical methods used until now for reentry optimization. Furthermore, it permits considering both the lift and the aerodynamic roll angle as control variables. The features of the new method appear completely suitable to develop a guidance scheme for atmospheric reentry.

Keywords Persian

Optimal control

Reentry

MAEOG

solution time

Naidu, D. S. and Calise, A. J., “Singular Perturbations and Time Scales in Guidance and Control of Aerospace Systems: A Survey,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 24, No. 6, Nov.-Dec. 2001, 1057-1078.
Kokotovic, V. P., Khalil, H. K. and O'Reilly, J., Singular Perturbation Methods in Control: Analysis & Design, New York, Academic Press, 1986.
Naidu, D. S., Singular Perturbation Methodology in Control Systems, England, U. K., Peter Peregrinus 1988.
Shen, Y. C., “Series Solution of Equations of Reentry Vehicles with Variable Lift and Drag Coefficients,” AIAA Journal, Vol. 1, No. 11, 1963, pp. 2487-2490.
[5] Vinh, N. X., Busemann, A., and Culp R. D., “Optimum Three-Dimensional Atmospheric Entry,” Acta Astronautica, Vol. 2, Issues 7-8, 1975, pp. 593-611.
Vinh, N. X., Busemann, A., and Culp, R.D., Hypersonic and Planetary Entry Flight Mechanics, The University of Michigan Press, 1980.
[7] Shi, Y. Y., Pottsepp, L., “Asymptotic Epansion of a Hypervelocity Atmospheric Entry Problem,” AIAA Journal, Vol. 7, Issue 2, 1969, pp. 353-355.
Shi, Y. Y., “Matched Asymptotic Solution for Optimum Lift Controlled Atmospheric Entry,” AIAA Journal, Vol. 9, No. 11, 1971, pp. 2229-2238.
Vian, J. L., Moore, J. R., “Trajectory Optimization with Risk Minimization for Military Aircraft,” Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 12, No. 3, 1989, pp.311-317.
Sero-Guillame, O., Bernardin, D., Felici, T., and Zouaoui, D., “Optimal Time Reentry of Vehicles by Asymptotic Matching,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 19, No. 1, 1996, pp. 223-230.
Windhorst, R., Ardema, M. and Kinney, D., “Fixed-Range Optimal Trajectories of Supersonic Aircraft by First-Order Expansions,” Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 24, No. 4, 2001, pp.700-709.
Naidu, D. S., “Analysis of Non-dimensional Forms of Singular Perturbation Structures for Hypersonic Vehicles”, Acta Astronautica, Vol. 66, Issues 3-4, 2010, pp. 577-586.
Kirk, E., Optimal Control Theory, Prentice Hall, 1970.
Nayfeh, A. H., Perturbation Methods, John Wiley and Sons, New York, 1973.
Loh, W. H. T., Re-entry and Planetary Entry Physics and Technology, North American Rockwell Corporation, Downey, California, Springer-Verlag, 1968.
Calise, A. J., “Extended Energy Management Methods for Flight Performance Optimization,” AIAA Journal, Vol. 15, No. 3, 1977, pp.314-321.