Preview

Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie

Advanced search

Concerning a Special Problem of the Optimal Control of Spacecraft's Terminal Orientation

https://doi.org/10.17587/mau.17.483-491

Abstract

The topic of the article is a problem of optimal control of a spacecraft reorientation from an arbitrary initial attitude to a prescribed angular attitude. The case is studied, when the minimized functional combines the time and the integral value of the modulus of the angular momentum for the spacecraft reorientation. Using the necessary conditions of optimality in the form of Pontryagin's maximum principle and the quaternion method for the spacecraft motion control, an analytical solution to this problem was obtained. Solution to the optimal control problem is based on the quaternion equation connecting the angular momentum vector and the orientation quaternion of the body coordinate system. Formal equations were derived and expressions for construction of the optimal control program were given. The dependence of the control variables from the phase coordinates was found (in an explicit form). Using the transversality condition as the necessary condition of optimality, optimum value of key parameter of optimum functions is determined. For a dynamically symmetric solid body, the problem of the spatial reorientation was completely solved - the optimal law of variation of the spacecraft angular momentum (as an explicit function of time) was obtained in an analytical form. The results of the mathematical simulation of the spacecraft motion under the optimal control are presented and demonstrate practical usefulness of the proposed algorithm for the spacecraft attitude control.

About the Author

M. V. Levskii
Maximov Research Institute of Space Systems, Branch of the Khrunichev State Research and Production Space Center
Russian Federation


References

1. Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973.

2. Красовский А. А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. М.: Наука, 1973.

3. Раушенбах Б. В., Токарь Е. Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М.: Наука, 1974.

4. Молоденков A. В., Сапунков Я. Г. Особые режимы управления в задаче оптимального разворота сферически симметричного космического аппарата // Известия РАН. Теория и системы управления. 2009. № 6.

5. Зубов Н. Е. Оптимальное управление терминальной переориентацией КА на основе алгоритма с прогнозирующей моделью // Космические исследования. 1991. Т. 29. Вып. 3.

6. Ваньков А. И. Адаптивное робастное управление угловым движением КА с использованием прогнозирующих моделей // Космические исследования. 1994. Т. 32. Вып. 4-5.

7. Велищанский М. А., Крищенко А. П., Ткачев С. Б. Синтез алгоритмов переориентации космического аппарата на основе концепции обратной задачи динамики // Известия РАН. Теория и системы управления. 2003. № 5.

8. Молоденков A. В., Сапунков Я. Г. Решение задачи оптимального разворота осесимметричного космического аппарата с ограниченным и импульсным управлением при произвольных граничных условиях // Известия РАН. Теория и системы управления. 2007. № 2.

9. Левский М. В. Особенности управления ориентацией космического аппарата, оборудованного инерционными исполнительными органами // Мехатроника, автоматизация, управление. 2015. Т. 16, № 3.

10. Левский М. В. Способ управления разворотом космического аппарата. Патент на изобретение РФ № 2093433 // Бюллетень "Изобретения. Заявки и патенты". 1997. № 29.

11. Понтрягин Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1983.

12. Моисеев Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.

13. Левский М. В. Система определения параметров регулярной прецессии твердого тела. Патент на изобретение РФ № 2103736 // Бюллетень "Изобретения. Заявки и патенты". 1998. № 3.

14. Крутько П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Нелинейные модели. М.: Наука, 1988.


Review

For citations:


Levskii M.V. Concerning a Special Problem of the Optimal Control of Spacecraft's Terminal Orientation. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2016;17(7):483-491. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.17.483-491

Views: 532


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)