Эволюционный алгоритм минимизации затрат характеристической скорости на переориентацию орбиты космического аппарата
https://doi.org/10.17587/mau.18.787-792
Аннотация
В кватернионной постановке рассмотрена задача оптимальной переориентации орбиты космического аппарата (КА). Рассмотрен актуальный частный случай задачи, когда орбита КА является круговой, а управление принимает свои максимальные по модулю значения на отдельных участках активного движения КА (при этом также присутствуют участки пассивного движения КА). Построен оригинальный эволюционный алгоритм нахождения оптимальных траекторий перелетов КА, в котором неизвестными величинами являются длительности участков движения КА. Приведены примеры численного решения задачи для случаев, когда отличие между начальной и конечной ориентациями орбиты КА составляет единицы (или десятки) градусов в угловой мере. Рассмотрен случай, когда конечная ориентация орбиты КА соответствует ориентации орбиты одного из спутников отечественной орбитальной группировки ГЛОНАСС. Построены графики изменения компонент кватерниона ориентации орбитальной системы координат, отклонения текущего положения орбиты КА от требуемого, оптимального управления. Установлены особенности и закономерности процесса оптимальной переориентации орбиты КА.
Ключевые слова
космический аппарат,
орбита,
кватернион,
оптимизация,
ген,
spacecraft,
orbit,
optimization,
quaternion,
gene
Об авторе
И. А. Панкратов
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, Институт проблем точной механики и управления РАН
Россия
Россия
Список литературы
1. Челноков Ю. Н. Применение кватернионов в задачах оптимального управления движением центра масс космического аппарата в ньютоновском гравитационном поле. I // Космические исследования. 2001. Т. 39. Вып. 5. С. 502-517.
2. Абалакин В. К., Аксенов Е. П., Гребенников Е. А. и др. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука, 1976. 864 с.
3. Понтрягин Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1983. 393 с.
4. Панкратов И. А., Сапунков Я. Г., Челноков Ю. Н. Решение задачи оптимальной переориентации орбиты космического аппарата с использованием кватернионных уравнений ориентации орбитальной системы координат // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2013. Т. 13, вып. 1, ч. 1. С. 84-92.
5. Панкратов И. А., Сапунков Я. Г., Челноков Ю. Н. Численное исследование задачи переориентации орбиты космического аппарата с использованием орбитальной системы координат // Математика. Механика. 2012. Вып. 14. С. 132-136.
6. Моисеев Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971. 424 с.
7. Dachwald B. Optimization of very-low-thrust trajectories using evolutionary neurocontrol // Acta Astronautica. 2005. Vol. 57, N. 2-8. P. 175-185.
8. Coverstone-Carrol V., Hartmann J. W., Mason W. J. Optimal multi-objective low-thrust spacecraft trajectories // Computer methods in applied mechanics and engineering. 2000. Vol. 186, N. 2-4. P. 387-402. Рис. 4. Круговая орбита, вариант 4, M = 5: а - компоненты кватерниона ориентации орбитальной системы координат; б - компоненты кватерниона ориентации орбиты КА; в - отклонение ориентации орбиты от требуемой; г - оптимальное управление
9. Панченко Т. В. Генетические алгоритмы. Астрахань: Издательский дом "Астраханский университет", 2007. 87 с.
10. Панкратов И. А., Челноков Ю. Н. Аналитическое решение дифференциальных уравнений ориентации круговой орбиты космического аппарата // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2011. Т. 11, Вып. 1. С. 84-89.
11. Челноков Ю. Н. Применение кватернионов в задачах оптимального управления движением центра масс космического аппарата в ньютоновском гравитационном поле. III // Космические исследования. 2003. Т. 41, Вып. 5. С. 488-505.
12. Бордовицына Т. В. Современные численные методы в задачах небесной механики. М.: Наука, 1984. 136 с.
Рецензия
Для цитирования:
Панкратов И.А. Эволюционный алгоритм минимизации затрат характеристической скорости на переориентацию орбиты космического аппарата. Мехатроника, автоматизация, управление. 2017;18(11):787-792. https://doi.org/10.17587/mau.18.787-792
For citation:
Pankratov I.A. Evolutionary Algorithm for Minimizing the Characteristic Velocity for the Reorientation of the Spacecraft Orbit. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2017;18(11):787-792. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.18.787-792
Просмотров: 317
.png)
Послать статью по эл. почте 