Построение оптимальных траекторий переориентации космического аппарата с использованием метода роя частиц
Автор: Глеб Русланович Макаров
Соавторы: Охитина Анна Сергеевна
Организация: Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва
Малые космические аппараты (КА) широко применяются для решения задач дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В качестве исполнительных органов системы управления ориентацией используются маховики, которые обеспечивают высокую точность и быстродействие. КА в процессе съемки может находиться в двух режимах – обеспечивающее съемку угловое движение и переориентация между объектами интереса. Первый режим однозначно задается параметрами съемки и аппаратуры. Второй режим имеет фиксированные значения ориентации, угловой скорости и ускорения на концах, а движение между ними ограничивается лишь возможностями маховиков. При этом скорость маневра влияет на собранный объем данных.
В работе решается задача построения опорной траектории углового движения КА, обеспечивающей оптимальный по быстродействию разворот между объектами интереса. Опорное движение строится на основе подхода, описанного в [1,2]. Для поиска оптимальных параметров опорного движения используется метод роя частиц (PSO). Каждая частица принимает решение о перемещениях на основе информации о лучших положениях – собственном и глобальном. Вклад компонент в скорость частиц регулируется с помощью соответствующих коэффициентов, которые подбираются так, чтобы обеспечить сходимость метода [3]. PSO не требует вычислений градиента оптимизируемого функционала, а также позволяет учесть ограничения на искомые параметры.
В работе проводится исследование сходимости метода роя частиц в зависимости от коэффициентов скорости частиц и настройка метода для решения поставленной задачи. На рис.1а представлена найденная методом роя оптимальная опорная траектория переориентации КА. На рис.1б показано изменение суммарного кинетического момента маховиков за время маневра, а также предельно допустимые значения (красным).
1. Ткачев С.С., Шестоперов А.И. Построение опорной траектории третьего порядка гладкости углового движения космического аппарата. Математическое моделирование, 2021, том 33, номер 10, страницы 3–18. DOI: https://doi.org/10.20948/mm-2021-10-01.
2. Dam E. B., Koch M., Lillholm, M. Quaternions, Interpolation and Animation. 1998.
3. Simon D. Evolutionary Optimization Algorithms. Wiley: Hoboken, NJ, USA, 2013; 742p.
