<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.16.536-544</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-190</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>УПРАВЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MOVING OBJECT CONTROL</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Алгоритм оптимального по энергии разворота космического аппарата при произвольных граничных условиях</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Algorithm for the Optimal Turn of a Spacecraft in the Sense of the Minimal Energy Loss under Arbitrary Boundary Conditions</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Сапунков</surname><given-names>Я. Г.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Sapunkov</surname><given-names>Ya. G.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">noemail@neicon.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Молоденков</surname><given-names>А. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Molodenkov</surname><given-names>A. V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">iptmuran@san.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт проблем точной механики и управления РАН</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Institute of Precision Mechanics and Control Problems, RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2015</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>28</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>16</volume><issue>8</issue><fpage>536</fpage><lpage>544</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/190">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/190</self-uri><abstract><p>Рассматривается задача оптимального в смысле минимума энергетических затрат разворота космического аппарата как твердого тела произвольной динамической конфигурации, без ограничения на функцию управления при произвольных граничных условиях. В классе обобщенных конических движений проведена модификация задачи оптимального разворота, которая позволила получить аналитическое решение. Дается алгоритм оптимального разворота космического аппарата. Приводятся числовые примеры, показывающие, что решения модифицированной задачи хорошо аппроксимируют решение классической задачи оптимального разворота космического аппарата.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The problem of the optimal turn in the sense of minimal energy loss of a spacecraft as a rigid body with an arbitrary distribution of mass without constraint of a control action and under arbitrary boundary conditions is considered in the quaternion statement. In the class of the generalized conical motions a modification was made of the task of optimal rotation, which allowed to obtain analytical solution to the movement equations containing any constants and two any scalar functions (parameters of the generalized conic movement). Concerning these functions and their derivatives the optimizing problem with a square functionality, in which the second derivative of these two functions acts as control, was formulated and solved using Pontryagin maximum principle. Explicit expressions for the optimal angular velocity and the optimal control vectors of a spacecraft are presented. The motion trajectory of a spacecraft is generalized as a conical precession. Algorithm for the optimal turn of a spacecraft is given. The found analytical solution to the modified problem can be considered as an approximate solution to the classical problem of an optimal turn of a spacecraft under arbitrary boundary conditions. Numerical examples are presented showing that the solution of the modified problem well approximates the solution of the classical problem of a spacecraft optimal turn. These examples contain reorientations of the International Space Station and of the Space Shuttle.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>оптимальное управление</kwd><kwd>космический аппарат</kwd><kwd>твердое тело</kwd><kwd>обобщенное коническое движение</kwd><kwd>произвольные граничные условия</kwd><kwd>optimal control</kwd><kwd>spacecraft</kwd><kwd>rigid body with an arbitrary distribution of mass</kwd><kwd>generalized conical motion</kwd><kwd>arbitrary boundary conditions</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. 320 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Scrivener S. L., Thompson R. C. Survey of Time-Optimal Attitude Maneuvers // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1994. V. 17, N 2. P. 225-233.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Scrivener S. L., Thompson R. C. Survey of Time-Optimal Attitude Maneuvers // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1994. V. 17, N 2. P. 225-233.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Петров Б. Н., Боднер В. А., Алексеев К. Б. Аналитическое решение задачи управления пространственным поворотным маневром // Докл. АН СССР. 1970. Т. 192. № 6. С. 1235-1238. 1</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Петров Б. Н., Боднер В. А., Алексеев К. Б. Аналитическое решение задачи управления пространственным поворотным маневром // Докл. АН СССР. 1970. Т. 192. № 6. С. 1235-1238. 1</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранец В. Н., Черток М. Б., Казначеев Ю. В. Оптимальный разворот твердого тела с одной осью симметрии // Космич. исслед. 1984. Т. 22. Вып. 3. С. 352-360.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранец В. Н., Черток М. Б., Казначеев Ю. В. Оптимальный разворот твердого тела с одной осью симметрии // Космич. исслед. 1984. Т. 22. Вып. 3. С. 352-360.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сиротин А. Н. Оптимальное управление переориентацией симметричного твердого тела из положения покоя в положение покоя // Изв. АН СССР. МТТ. 1989. № 1. С. 36-46.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Сиротин А. Н. Оптимальное управление переориентацией симметричного твердого тела из положения покоя в положение покоя // Изв. АН СССР. МТТ. 1989. № 1. С. 36-46.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сиротин А. Н. Об оптимальной по быстродействию пространственной переориентации в положение покоя вращающегося сферически-симметричного твердого тела // Изв. РАН. МТТ. 1997. № 3.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Сиротин А. Н. Об оптимальной по быстродействию пространственной переориентации в положение покоя вращающегося сферически-симметричного твердого тела // Изв. РАН. МТТ. 1997. № 3.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Молоденков А. В. Кватернионное решение задачи оптимального в смысле минимума энергетических затрат разворота, твердого тела // Проблемы механики и управления. Сб. научн. трудов. Пермь: ПГУ, 1995. С. 122-131.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Молоденков А. В. Кватернионное решение задачи оптимального в смысле минимума энергетических затрат разворота, твердого тела // Проблемы механики и управления. Сб. научн. трудов. Пермь: ПГУ, 1995. С. 122-131.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Молоденков А. В. Решение задачи оптимального разворота сферически симетричного космического аппарата для одного частного случая // Сб. трудов 6-й междунар. конф. "Системный анализ и управление космическими комплексами". Крым, Евпатория. М.: МАИ, 2001. С. 42.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Молоденков А. В. Решение задачи оптимального разворота сферически симетричного космического аппарата для одного частного случая // Сб. трудов 6-й междунар. конф. "Системный анализ и управление космическими комплексами". Крым, Евпатория. М.: МАИ, 2001. С. 42.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сапунков Я. Г., Молоденков А. В. Численное решение задачи оптимальной переориентации вращающегося космического аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 6. Автоматическое и автоматизированное управление летательными аппаратами. 2008. № 6. С. 10-15.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Сапунков Я. Г., Молоденков А. В. Численное решение задачи оптимальной переориентации вращающегося космического аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2008. № 6. Автоматическое и автоматизированное управление летательными аппаратами. 2008. № 6. С. 10-15.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сапунков Я. Г., Молоденков А. В. Решение модифицированной задачи оптимального разворота космического аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 11. С. 66-70.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Сапунков Я. Г., Молоденков А. В. Решение модифицированной задачи оптимального разворота космического аппарата // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 11. С. 66-70.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Молоденков А. В., Сапунков Я. Г. Аналитическое решение задачи оптимального разворота сферически-симметричного космического аппарата в классе конических движений // Изв. РАН. ТиСУ. 2013. № 2. С. 163-172.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Молоденков А. В., Сапунков Я. Г. Аналитическое решение задачи оптимального разворота сферически-симметричного космического аппарата в классе конических движений // Изв. РАН. ТиСУ. 2013. № 2. С. 163-172.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Понтрягин Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1961. 384 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Понтрягин Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1961. 384 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Молоденков А. В. К решению задачи Дарбу // Изв. РАН. МТТ. 2007. № 2. С. 3-13.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Молоденков А. В. К решению задачи Дарбу // Изв. РАН. МТТ. 2007. № 2. С. 3-13.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Банит Ю. Р., Беляев М. Ю., Добринская Т. А., Ефимов Н. И., Сазонов В. В., Стажков В. М. Определение тензора инерции международной космической станции по телеметрической информации. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2002. № 57. 19 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Банит Ю. Р., Беляев М. Ю., Добринская Т. А., Ефимов Н. И., Сазонов В. В., Стажков В. М. Определение тензора инерции международной космической станции по телеметрической информации. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. 2002. № 57. 19 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Li. F., Bainum P. M. Numerical Approach for Solving Rigid Spacecraft Minimum Time Attitude Maneuvers // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1990. V. 13, N 1. Р. 38-45.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Li. F., Bainum P. M. Numerical Approach for Solving Rigid Spacecraft Minimum Time Attitude Maneuvers // J. Guidance, Control, and Dynamics. 1990. V. 13, N 1. Р. 38-45.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lastman G. J. A Shooting Method for Solving Two-Point Boundary-Value Problems Arising from Non-Singular Bang-Bang Optimal Control Problems // Intern. J. Control. 1978. V. 27, N 4. Р. 513-524.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lastman G. J. A Shooting Method for Solving Two-Point Boundary-Value Problems Arising from Non-Singular Bang-Bang Optimal Control Problems // Intern. J. Control. 1978. V. 27, N 4. Р. 513-524.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
