| 1. Identificação | ||||||||||
| Tipo de Referência | Tese ou Dissertação (Thesis) | |||||||||
| Site | mtc-m21d.sid.inpe.br | |||||||||
| Código do Detentor | isadg {BR SPINPE} ibi 8JMKD3MGPCW/3DT298S | |||||||||
| Identificador | 8JMKD3MGP3W34T/49K4JQE | |||||||||
| Repositório | sid.inpe.br/mtc-m21d/2023/08.09.18.11 | |||||||||
| Última Atualização | 2023:08.24.16.56.03 (UTC) simone | |||||||||
| Repositório de Metadados | sid.inpe.br/mtc-m21d/2023/08.09.18.11.33 | |||||||||
| Última Atualização dos Metadados | 2023:09.24.02.53.17 (UTC) administrator | |||||||||
| Chave Secundária | INPE-18726-TDI/3350 | |||||||||
| Chave de Citação | Moreno:2023:CoPrOr | |||||||||
| Título | Controle preditivo orbital para manobras de rendezvous  | |||||||||
| Título Alternativo | Orbital predictive control for rendezvous maneuvers | |||||||||
| Curso | CMC-ETES-DIPGR-INPE-MCTI-GOV-BR | |||||||||
| Ano | 2023 | |||||||||
| Data | 2023-05-17 | |||||||||
| Data de Acesso | 11 maio 2024 | |||||||||
| Tipo da Tese | Dissertação (Mestrado em Mecânica Espacial e Controle) | |||||||||
| Tipo Secundário | TDI | |||||||||
| Número de Páginas | 85 | |||||||||
| Número de Arquivos | 2 | |||||||||
| Tamanho | 28713 KiB | |||||||||
| 2. Contextualização | ||||||||||
| Autor | Moreno, Arthur Allex Feliphe Barbosa | |||||||||
| Banca | Prado, Antonio Fernando Bertachini de Almeida (presidente) Kuga, Helio Koiti (orientador) Carrara, Valdemir (orientador) Ricci, Mário César Santos, Willer Gomes dos | |||||||||
| Endereço de e-Mail | arthurallex.1993@gmail.com | |||||||||
| Universidade | Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) | |||||||||
| Cidade | São José dos Campos | |||||||||
| Histórico (UTC) | 2023-08-09 18:11:33 :: luis.cpv@hotmail.com -> administrator :: 2023-08-23 17:32:49 :: administrator -> pubtc@inpe.br :: 2023-09-13 14:12:23 :: pubtc@inpe.br -> simone :: 2023-09-13 14:53:20 :: simone :: -> 2023 2023-09-13 14:53:20 :: simone -> administrator :: 2023 2023-09-24 02:53:17 :: administrator -> :: 2023 | |||||||||
| 3. Conteúdo e estrutura | ||||||||||
| É a matriz ou uma cópia? | é a matriz | |||||||||
| Estágio do Conteúdo | concluido | |||||||||
| Transferível | 1 | |||||||||
| Palavras-Chave | rendezvous controle preditivo modelos de movimento relativo rendezvous predictive control relative motion models | |||||||||
| Resumo | Os últimos estudos sobre métodos de controle automático para as manobras de aproximação ou rendezvous tem focado na autonomia da espaçonave durante as manobras, garantia de segurança e execução de manobras improvisadas. A maioria das manobras de encontro orbital foi realizada em órbitas com excentricidade baixa, mas missões futuras exigirão em órbitas excêntricas, o que motiva o desenvolvimento de modelos matemáticos para a dinâmica de movimento relativo e métodos de controle automático mais versáteis. O problema de controle de satélites para a manobra rendezvous com a hipótese de que o satélite perseguidor está em uma órbita com baixa excentricidade foi largamente investigado, como também a solução provinda de controle preditivo com horizonte deslizante abordado aqui também já o foi. Tal solução encontra um conjunto de trajetórias subótimas da manobra, pela solução do problema de movimento relativo, ou seja, conduzir os módulos dos vetores de posição e velocidade relativa num referencial cartesiano próximo a zero. O modelo matemático da dinâmica do movimento relativo desempenha um papel fundamental nos algoritmos de controle preditivo. A grande maioria dos métodos de controle desenvolvidos utiliza modelos de movimento relativo, como as equações de Clohessy-Wiltshire (CW) para o caso de órbita circular do satélite alvo ou equações de Tschauner-Hempel (TH) para o caso de órbita elíptica. No entanto, a precisão desses modelos degrada rapidamente com o aumento da separação inicial entre os satélite, restringindo o conjunto de condições iniciais para as quais a manobra pode ser realizada com sucesso. Por esse motivo, o método de controle proposto utiliza um modelo completo, não linear e variante no tempo de movimento relativo além dos CW e TH. Assim, foi aplicado estes modelos ao controlador preditivo, possibilitando predição de saída do processo e estimar os estados. Este controlador preditivo foi construído sobre o paradigma convencional de programação quadrática para solução da manobra de rendezvous com restrições nas saídas e entradas, representando as saturações dos atuadores e limitações físicas de colisão. A utilização desta estrutura do MPC (Model Predictive Control) foi motivada pelas peculiaridades apresentadas ao problema de programação não-linear, que não garantem tempo previsível necessário para encontrar uma solução local. Assim, o algoritmo proposto considera os parâmetros constantes do modelo do movimento relativo dentro de um horizonte de predição. Ele também foi utilizado em duas órbitas alvos que foram adaptadas de duas missões bem conhecidas - a ISS (International Space Station) e o GPS (Global Positioning System), como também o satélite perseguidor foi adaptado de duas outras missões também conhecidas - Dragon CRS e ATV Edoardo. O controlador neste trabalho permite a manobra de rendezvous a partir de uma separação inicial entre satélites de mais de 2000 km, o que excede em muito a faixa de operação confiável dos modelos clássicos de movimento relativo orbital, apontando uma grande versatilidade do conjunto MPC e modelos lineares, tanto em órbitas excêntricas quanto em órbitas circulares. ABSTRACT: The latest studies on automatic control methods for approach or rendezvous maneuvers have focused on spacecraft autonomy during the maneuvers, safety assurance, and execution of improvised maneuvers. While most orbital rendezvous maneuvers have been performed in orbits with low eccentricity, future missions will require orbits with higher eccentricity, which motivates the development of mathematical models for relative motion dynamics and more versatile automatic control methods. The control problem for satellites in rendezvous maneuvers, assuming the pursuing satellite is in an orbit with low eccentricity, has been extensively investigated, as well as the solution provided by predictive control with a sliding horizon, addressed here as well. This solution finds a set of suboptimal trajectories for the maneuver, leading the modules of the relative position and velocity vectors in a Cartesian reference frame to zero. The mathematical model of relative motion dynamics plays a fundamental role in predictive control algorithms. The majority of developed control methods utilize relative motion models, such as the Clohessy-Wiltshire (CW) equations for the case of the circular orbit of the target satellite or the Tschauner-Hempel (TH) equations for the case elliptical orbit. However, the accuracy of these models degrade rapidly as the initial separation between the satellites increases, restricting the set of initial conditions for a successful maneuver. For this reason, the proposed control method uses a complete, nonlinear, and time-variant model of relative motion, in addition to CW and TH models. This model was applied to the predictive controller, enabling the prediction of the process output and state estimation. The predictive controller was built upon the conventional paradigm of quadratic programming to solve the rendezvous maneuver with constraints on inputs and outputs, representing actuator saturations and physical collision limitations. The utilization of this MPC (Model Predictive Control) framework was motivated by the peculiarities presented in the nonlinear programming problem, which do not guarantee a predictable time required to find a local solution. Thus, the proposed algorithm considers the model parameters to be constant within a prediction horizon. It was also applied to two target orbits adapted from well-known missions - the International Space Station (ISS) and the Global Positioning System (GPS), as well as the pursuing satellite adapted from two other well-known missions - Dragon CRS and ATV Edoardo. The controller in this work allows for rendezvous maneuvers from an initial separation between satellites of over 2000 km, far exceeding the reliable operational range of classical orbital relative motion models, highlighting the great versatility of the MPC framework and linear models, both in eccentric and circular orbits. | |||||||||
| Área | ETES | |||||||||
| Arranjo 1 | urlib.net > BDMCI > Fonds > Produção pgr ATUAIS > CMC > Controle preditivo orbital... | |||||||||
| Arranjo 2 | urlib.net > BDMCI > Fonds > Produção a partir de 2021 > CGCE > Controle preditivo orbital... | |||||||||
| Conteúdo da Pasta doc | acessar | |||||||||
| Conteúdo da Pasta source |
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| Conteúdo da Pasta agreement |
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| 4. Condições de acesso e uso | ||||||||||
| URL dos dados | http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/49K4JQE | |||||||||
| URL dos dados zipados | http://urlib.net/zip/8JMKD3MGP3W34T/49K4JQE | |||||||||
| Idioma | pt | |||||||||
| Arquivo Alvo | publicacao.pdf | |||||||||
| Grupo de Usuários | luis.cpv@hotmail.com simone | |||||||||
| Visibilidade | shown | |||||||||
| Licença de Direitos Autorais | urlib.net/www/2012/11.12.15.10 | |||||||||
| Permissão de Leitura | allow from all | |||||||||
| Permissão de Atualização | não transferida | |||||||||
| 5. Fontes relacionadas | ||||||||||
| Repositório Espelho | urlib.net/www/2021/06.04.03.40.25 | |||||||||
| Unidades Imediatamente Superiores | 8JMKD3MGPCW/3F2UALS 8JMKD3MGPCW/46KTFK8 | |||||||||
| Acervo Hospedeiro | urlib.net/www/2021/06.04.03.40 | |||||||||
| 6. Notas | ||||||||||
| Campos Vazios | academicdepartment affiliation archivingpolicy archivist callnumber contenttype copyholder creatorhistory descriptionlevel dissemination doi electronicmailaddress format group isbn issn label lineage mark nextedition notes number orcid parameterlist parentrepositories previousedition previouslowerunit progress readergroup resumeid rightsholder schedulinginformation secondarydate secondarymark session shorttitle sponsor subject tertiarymark tertiarytype url versiontype | |||||||||