بررسی روش‌های نوآورانه در تخمین، کنترل و همگام‌سازی وضعیت و مدار فضاپیماها
Keywords:
تخمین وضعیت فضاپیما, کنترل وضعیت, بهینهسازی گراف موقعیت, کنترل تطبیقی, کنترل حالت لغزشی, برنامه‌ریزی محدب پیش‌بینی‌کننده, گروه‌های لی, کنترل توزیع‌شدهAbstract
این مقاله به بررسی مجموعه‌ای از روش‌های نوآورانه برای تخمین، کنترل، و همگام‌سازی وضعیت و موقعیت فضاپیماها در مأموریت‌های فضایی می‌پردازد. ابتدا، یک روش تخمین مبتنی بر ابرهای نقطه متوالی ارائه شده که با استفاده از الگوریتم‌های RANSAC و بهینهسازی گراف موقعیت (PGO)، خطاهای انباشته را کاهش داده و با کمک فیلتر کالمن توسعه‌یافته، موقعیت، سرعت و وضعیت زاویه‌ای هدف را تخمین می‌زند. این روش، دقت بالایی را در شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌های نیمه‌فیزیکی نشان داده و کاربرد آن در مأموریت‌های فضایی کوچک به اثبات رسیده است. برای کنترل وضعیت، از یک کنترل‌کننده حالت لغزشی تطبیقی مبتنی بر منطق فازی بهره گرفته شده است که علاوه بر کاهش بار ارتباطی، دقت بالاتری نسبت به روش‌های سنتی ارائه می‌دهد. همچنین، کنترل تطبیقی توزیع‌شده، به هماهنگی وضعیت گروهی از فضاپیماهای انعطاف‌پذیر کمک کرده و با تبادل محدود اطلاعات، پایداری و تداوم عملکرد را تضمین می‌کند. در نهایت، مدل‌هایی نظیر کنترل L-PID و برنامه‌ریزی محدب پیش‌بینی‌کننده (MPCP) برای بهینهسازی مسیرهای پروازی و مدیریت محدودیت‌های وضعیت طراحی شده‌اند. این رویکردها، با استفاده از هندسه دیفرانسیل و گروه‌های لی، راه‌حل‌های مؤثری برای مسائل پیچیده فضایی ارائه می‌دهند و برتری خود را در شرایط متغیر دینامیکی نشان داده‌اند.
Downloads
References
1. Kang, G., Zhang, Q., Wu, J., & Zhang, H. (2021). Pose estimation of a non-cooperative spacecraft without the detection and recognition of point cloud features. Acta Astronautica, 179, 569-580.
2. Xing, L., Zhang, J., Liu, C., & Zhang, X. (2021). Fuzzy-logic-based adaptive event-triggered sliding mode control for spacecraft attitude tracking. Aerospace science and technology, 108, 106394.
3. Chen, T., & Shan, J. (2021). Distributed spacecraft attitude tracking and synchronization under directed graphs. Aerospace Science and Technology, 109, 106432.
4. Fiori, S., Cervigni, I., Ippoliti, M., & Menotta, C. (2020). Extension of a PID control theory to Lie groups applied to synchronizing satellites and drones. IET Control Theory & Applications, 14(17), 2628-2642.
5. Wang, Y., Gong, K., Duan, Y., He, B., & Ma, H. (2023). Dynamic Modelling and Continuous Trajectory Tracking Control of Space Robots Based on Lie Group SE (3). International Journal of Aerospace Engineering, 2023(1), 7435217.
6. Zheng, Z., Shang, W., Ai, J., Zou, Y., & Liu, Z. (2023). Integrated geometric optimal control of spacecraft attitude and orbit based on SE (3). IEEE Access, 11, 27382-27394.
7. Hu, Q., Liu, Y., Dong, H., & Zhang, Y. (2020). Saturated attitude control for rigid spacecraft under attitude constraints. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 43(4), 790-805.
