Algoritmos de Generación de Trayectorias Autónomas para Maniobras de Giro de Naves Espaciales
Autores: Sandberg, Andrew; Sands, Timothy
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Algoritmos de Generación de Trayectorias Autónomas para Maniobras de Giro de Naves Espaciales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Naves espaciales
Trayectorias
Control
Método de Pontryagin
Maniobras
Eficiencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Las naves espaciales necesitan ser capaces de cambiar de orientación de manera confiable y rápida, y en lugar de simplemente comandar un ángulo final, se prefiere una trayectoria calculada y conocida a lo largo de una maniobra. Una trayectoria completamente resuelta permite el control basado en la comparación de la actitud actual con una actitud deseada que varía en el tiempo, lo que permite un uso mucho mejor del esfuerzo de control y del comando sobre la orientación del cambio. Este manuscrito introduce trayectorias de cambio utilizando funciones sinusoidales en comparación con trayectorias óptimas utilizando el método de Pontryagin. El uso del método de Pontryagin produce un esfuerzo de control aproximadamente un 1.5% menor en comparación con las trayectorias sinusoidales. El análisis de la respuesta del sistema simulado demuestra que es necesario comprender correctamente el efecto del acoplamiento cruzado para evitar costos de control injustificados. Además, una combinación de control anticipado con control proporcional derivativo genera una respuesta del sistema con una reducción del 3% en el costo de control en comparación con una arquitectura de control anticipado con control proporcional integral derivativo. El uso de una trayectoria calculada reduce el costo de control en cinco órdenes de magnitud y permite aumentar las ganancias en un orden de magnitud. Cuando se aumentan las ganancias de control, se logra un error en la dirección del cambio que es ocho órdenes de magnitud menor, y en lugar de un aumento en el costo de control, se observa una disminución del 11.7%. Este manuscrito concluye que el método de Pontryagin para generar trayectorias de cambio supera el uso de trayectorias sinusoidales y que los esquemas de generación de trayectorias son esenciales para la maniobra eficiente de naves espaciales.
Descripción
Las naves espaciales necesitan ser capaces de cambiar de orientación de manera confiable y rápida, y en lugar de simplemente comandar un ángulo final, se prefiere una trayectoria calculada y conocida a lo largo de una maniobra. Una trayectoria completamente resuelta permite el control basado en la comparación de la actitud actual con una actitud deseada que varía en el tiempo, lo que permite un uso mucho mejor del esfuerzo de control y del comando sobre la orientación del cambio. Este manuscrito introduce trayectorias de cambio utilizando funciones sinusoidales en comparación con trayectorias óptimas utilizando el método de Pontryagin. El uso del método de Pontryagin produce un esfuerzo de control aproximadamente un 1.5% menor en comparación con las trayectorias sinusoidales. El análisis de la respuesta del sistema simulado demuestra que es necesario comprender correctamente el efecto del acoplamiento cruzado para evitar costos de control injustificados. Además, una combinación de control anticipado con control proporcional derivativo genera una respuesta del sistema con una reducción del 3% en el costo de control en comparación con una arquitectura de control anticipado con control proporcional integral derivativo. El uso de una trayectoria calculada reduce el costo de control en cinco órdenes de magnitud y permite aumentar las ganancias en un orden de magnitud. Cuando se aumentan las ganancias de control, se logra un error en la dirección del cambio que es ocho órdenes de magnitud menor, y en lugar de un aumento en el costo de control, se observa una disminución del 11.7%. Este manuscrito concluye que el método de Pontryagin para generar trayectorias de cambio supera el uso de trayectorias sinusoidales y que los esquemas de generación de trayectorias son esenciales para la maniobra eficiente de naves espaciales.