Estrategia de Control de Actitud Compuesta para Vehículo de Lanzamiento Reutilizable Basada en un Algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas Mejorado
Autores: Yang, Shunfu; Gan, Lu; Wang, Tianyi; Zhu, Enze; Yang, Ling; Chen, Hu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estrategia de Control de Actitud Compuesta para Vehículo de Lanzamiento Reutilizable Basada en un Algoritmo de Optimización por Enjambre de Partículas Mejorado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Estudio
Control de actitud de modo dual
Vehículos de lanzamiento reutilizables
Optimización por enjambre de partículas
Algoritmo PSO
Coeficientes de ponderación de controladores
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta un avanzado marco de control de actitud compuesto de modo dual para vehículos de lanzamiento reutilizables (RLVs), respaldado por un algoritmo mejorado de optimización por enjambre de partículas (PSO). Esta estrategia innovadora está diseñada para satisfacer las estrictas demandas de precisión y robustez contra interferencias a lo largo de todo el envolvente de vuelo de los RLVs. La investigación comienza con la formulación de un modelo integral de dinámica de actitud y diversas representaciones de actuadores heterogéneos, meticulosamente elaboradas para reflejar las distintas fases del vuelo de los RLVs. Sobre esta base, se ingenia un paradigma de control sinérgico, integrando controladores PID y PID difuso y ajustando dinámicamente los pesos de inercia y los factores de aprendizaje del algoritmo PSO para lograr el equilibrio entre el rendimiento de optimización global y local, complementado por una función de evaluación de aptitud refinada. El núcleo del estudio es la aplicación de un algoritmo PSO actualizado para afinar los coeficientes de ponderación de los controladores, culminando en un sistema de control de actitud compuesto de modo dual optimizado. Se llevan a cabo una serie de análisis de simulación comparativa para evaluar la capacidad de respuesta, estabilidad, precisión y resistencia a interferencias del sistema. Los resultados de la simulación demuestran una reducción promedio del 42.21% en el sobreimpulso de la respuesta escalonada, una disminución del 18.52% en el tiempo de asentamiento, una caída del 53.18% en el error en estado estacionario, una reducción del 56.80% en el valor máximo de desviación, una mejora del 55.82% en la velocidad de recuperación y un aumento del 75.61% en la precisión de seguimiento para el controlador propuesto. Los hallazgos verifican claramente el rendimiento superior del sistema de control propuesto, afirmando su contribución al avance del control de actitud de los RLVs. El controlador propuesto tiene un potencial prometedor para la aplicación real en sistemas de control de actitud y está preparado para aumentar la fiabilidad y la tasa de éxito de las misiones de los RLVs en escenarios de vuelo complejos.
Descripción
Este estudio presenta un avanzado marco de control de actitud compuesto de modo dual para vehículos de lanzamiento reutilizables (RLVs), respaldado por un algoritmo mejorado de optimización por enjambre de partículas (PSO). Esta estrategia innovadora está diseñada para satisfacer las estrictas demandas de precisión y robustez contra interferencias a lo largo de todo el envolvente de vuelo de los RLVs. La investigación comienza con la formulación de un modelo integral de dinámica de actitud y diversas representaciones de actuadores heterogéneos, meticulosamente elaboradas para reflejar las distintas fases del vuelo de los RLVs. Sobre esta base, se ingenia un paradigma de control sinérgico, integrando controladores PID y PID difuso y ajustando dinámicamente los pesos de inercia y los factores de aprendizaje del algoritmo PSO para lograr el equilibrio entre el rendimiento de optimización global y local, complementado por una función de evaluación de aptitud refinada. El núcleo del estudio es la aplicación de un algoritmo PSO actualizado para afinar los coeficientes de ponderación de los controladores, culminando en un sistema de control de actitud compuesto de modo dual optimizado. Se llevan a cabo una serie de análisis de simulación comparativa para evaluar la capacidad de respuesta, estabilidad, precisión y resistencia a interferencias del sistema. Los resultados de la simulación demuestran una reducción promedio del 42.21% en el sobreimpulso de la respuesta escalonada, una disminución del 18.52% en el tiempo de asentamiento, una caída del 53.18% en el error en estado estacionario, una reducción del 56.80% en el valor máximo de desviación, una mejora del 55.82% en la velocidad de recuperación y un aumento del 75.61% en la precisión de seguimiento para el controlador propuesto. Los hallazgos verifican claramente el rendimiento superior del sistema de control propuesto, afirmando su contribución al avance del control de actitud de los RLVs. El controlador propuesto tiene un potencial prometedor para la aplicación real en sistemas de control de actitud y está preparado para aumentar la fiabilidad y la tasa de éxito de las misiones de los RLVs en escenarios de vuelo complejos.