Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Optimal Control Procedure for Calculating a Typical Lunch Vehicle Trajectory Based on Maximizing Payload

Authors
Abstract
In this research optimal trajectory of lunch vehicle based on maximizing payload is being attended. At first, motion of missile concluding modeling of environment, atmosphere, gravity, mass, motion equations and aerodynamic coefficients would be simulated. Then procedure of an optimized design by using optimal control theory would be described. Applying variational calculus and mathematical modeling of optimization problems would lead project to a two point boundary condition problem which would be solved by numerical solutions such as steepest descent. At last a code would be generated in which optimal trajectory of missile calculated by using indirect optimal control and steepest descent numerical solution. An interesting point in this article is that some variables are used both as state and control variables. Hence state control variables here are divided to two groups, slow state variables concluding ones which are only state variables, and fast state variables concluding ones which are both state variables and control variables simultaneously. Solution for such control problems is described here.
Keywords

Article Title Persian

روش کنترل بهینه برای تعیین مسیر بهینه موشک ماهواره‌بر، برپایه جرم بار محموله ماکزیمم

Authors Persian

صدیقه شاه‌میرزائی جشوقانی
مهران نصرت‌اللهی
Abstract Persian

در این مقاله به یافتن مسیر بهینه موشک ماهواره‌بر با هدف بیشینه‌سازی بار محموله پرداخته شده‌است. در ابتدا به مدل‌سازی کامل حرکت موشک پرداخته می‌شود که شامل؛ مدل‌سازی محیط، اتمسفر، جاذبه و شکل زمین، مدل‌سازی جرمی، مدل‌سازی معادلات حرکت و در نهایت مدل‌سازی ضرایب آیرودینامیکی موشک است.سپس مراحل تدوین یک روش طراحی بهینه به‌کمک تئوری کنترل بهینه شرح داده‌ می‌شود. با استفاده از حساب تغییرات، مدل‌سازی ریاضی مسائل بهینه‌سازی، منجر به خلق یک مساله شرایط مرزی دو نقطه‌ای مجزا می‌شود و برای حل آن‌ از روش‌های عددی و از جمله روش سریع‌ترین سقوط استفاده می‌شود. در نهایت نرم‌افزاری تهیه شده‌است که در آن با استفاده از روش غیرمستقیم کنترل بهینه و حل عددی سریع‌ترین سقوط، مسیر بهینه موشک ماهواره‌بر، تعیین می‌‌شود. یکی از شرایط جالب توجه در این مقاله، آن است که تعدادی از متغیرها هم به‌عنوان متغیر حالت و هم کنترل ظاهر شده‌اند. بنابراین در این‌جا متغیرهای حالت به دو دسته متغیرهای حالت کند، شامل متغیرهایی که فقط متغیر حالت‌اند و متغیرهای حالت سریع شامل متغیرهایی که هم متغیر حالت و هم متغیر کنترلی‌اند، تقسیم می‌شوند. حل این نوع مساله کنترل بهینه در این مقاله ارائه شده‌است.

Keywords Persian

تئوری کنترل بهینه
موشک ماهواره‌بر چند مرحله‌ای
برنامه پیچ
متغیر حالت سریع
متغیر حالت کند
[1] شاه میرزایی جشوقانی، صدیقه و نصرت اللهی، مهران. «روش مهندسی برای تعیین مسیر بهینه موشک بالستیک بر پایه برد ماکزیمم» هفتمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران، اسفند 1386.
[2] Regan, F. j., Reentry Vehicle Dynamics، (AIAA Education Series), Published by American Institute of Aeronautics and Astronautics, INC، 1984.
[3] شاه میرزایی جشوقانی، صدیقه و نصرت اللهی، مهران. «طراحی و بهینه سازی برنامه مسیر موشک کاهواره بر چند مرحله ای سوخت مایع و دارای بوستر.» دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا، اسفند 1386.
[4] Waldron, W. M., “Optimal Vertical Plane Booster Guidance Including Pitch Dynamics,” Dissertation for the Degree of Doctor of Philosophy, Blacksburg, Virginia، April 1996.
[5] Park, S. Y., “Optimization and Guidance of Ascent Trajectories with Inequality Constraints,” Texas A & M University, A Dissertation for the Degree of Doctor of Philosophy, May 1996.
[6] Kirk, D. E., Optimal Control Theory and Introduction, Prentic-Hall, 1970.
[7] Roskam, J., Advanced Flight Dynamic, First Edition, NewYork, Roskam Aviation and Engineering Corporation, 1979.
Volume 4, Issue 1 - Serial Number 8
شماره پیاپی 8
Summer 2011
Pages 49-60

  • Receive Date 11 June 2014
  • Revise Date 16 January 2024
  • Accept Date 19 April 2016
  • First Publish Date 19 April 2016