کنترل یک آرایش پرواز ماهواره ای با هدف پیکربندی مجدد به وسیله کنترل کننده SDRE

در این مقاله یک روش کنترل غیرخطی مبتنی بر معادله ریکاتی وابسته به حالت برای پیکربندی مجدد آرایش پرواز ماهواره ای ارائه شده است. هدف این روش انتقال یک ماهواره از مدار نسبی فعلی به مدار نسبی طراحی شده با حفظ پایداری و دقت بالا است. در گام نخست مدل سازی دینامیک غیرخطی حرکت نسبی ماهواره ها با لحاظ کردن اغتشاشات ناشی از پخیدگی زمین صورت گرفته است. در ادامه بر پایه این مدل غیرخطی فرم وابسته به حالت معادلات سیستم استخراج شده که پیش نیاز طراحی کنترل کننده SDRE به شمار می آید. در ادامه با استفاده از این فرمولاسیون یک کنترل کننده هماهنگ با ویژگیهای دینامیکی سیستم چشم گیر همراه اند. بسیاری از این کاربردها به همکاری بین چندین فضاپیما نیاز دارند که وظایف پیچیده ای از جمله تصویربرداری دقیق، ارتباطات میان فضایی و آزمایشهای علمی مشترک را شامل می شود. چنین ماموریتهایی نیازمند سیستمهایی با درجه بالایی از استقلال، قابلیت اطمینان، کارایی و ایمنی هستند. به ویژه در بسیاری از این ماموریتها لازم است که فضاپیماها در یک آرایش فضایی مشخص و با حفظ فاصله های دقیق بین یکدیگر عمل کنند. یکی از مفاهیم مهم در این حوزه آرایش پروازی فضاپیما است که به توزیع عملکرد یک سیستم بزرگتر بین چندین فضاپیمای کوچکتر و ارزان تر اشاره دارد. این رویکرد چندین مزیت را فراهم می کند که از جمله آنها می توان به طراحی ساده تر، افزونگی بیشتر، کاهش هزینه های تولید و طراحی اشاره کرد. سپس جهت ارزیابی عملکرد این کنترل کننده این افزایش انعطاف پذیری ماموریت اشاره کرد. به عنوان مثال، در ماموریتهای تکنیک با یک روش متداول در ادبیات یعنی کنترل کننده مد لغزشی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازیها نشان می دهند که این روش در مقابل کنترل کننده مد لغرشی سیستم را با سرعت بیشتری به همگرایی مطلوب در موقعیت و سرعت می رساند و خطاهای ردیابی را به مقادیر بسیار ناچیز کاهش می دهد. افزون بر آن، ارزیابی تلاشهای کنترلی مربوطه حاکی از آن است که کنترل کننده SDRE برای ردیابی مسیر مرجع از میانگین تلاش کنترلی کمتری استفاده می کند که خود نشان دهنده بهره وری بالاتر تصویر برداری تداخل سنجی آرایش پروازی می تواند دقت تداخل سنجی را به طور چشمگیری افزایش دهد؛ این امر با توزیع عناصر نوری تداخل سنج بر روی چندین فضاپیما که در یک آرایش هماهنگ عمل می کنند محقق می شود. نتیجه این همکاری افزایش دقت پوشش ناحیه وسیعتر و امکان تنظیم بهتر پارامترهای ماموریت خواهد بود. علاوه بر این، آرایشهای پروازی به فضاپیماها اجازه می دهند تا نواحی وسیعتری را برای مشاهده و جمع آوری دادههای علمی پوشش دهند و انعطاف پذیری بالایی در مدیریت آن در مصرف منابع است. مجموع این نتایج موید کارایی و اثربخشی روش منابع و زمان ماموریت ارائه کنند. پیشنهادی در ایجاد تعادل میان دقت عملکرد و صرفه جویی انرژی در ماموریتهای فضایی است، بنابراین رویکرد SDRE به عنوان یک گزینه کارآمد، منعطف و بهینه برای کنترل آرایش پرواز ماهواره ای در شرایط دینامیکی پیچیده و غیر خطی پیشنهاد می شود و پتانسیل بالایی برای به کارگیری در ماموریتهای فضایی پیشرفته آینده دارد.

کلیدواژه ها:

آرایش پروازی ، کنترل غیر خطی ، معادله ریکاتی وابسته به حالت ، پیکربندی مجدد ، کنترل بهینه ، محدودیت سطح اشباع ورودی کنترلی