اصلاح الگوریتم تخمین و کنترل ساختار متغیر برای فرود مقید مریخ‌نشین

Abstract

فرود بر سیاره مریخ یکی از مسائل مهم و چالشی صنعت فضایی است که با عدم قطعیت‌های سیستمی و محیطی فراوانی مواجه است. از همین رو، دستیابی به مدل دقیقی از دینامیک مریخ‌نشین امکانپذیر نیست. در این راستا، پژوهش حاضر به طراحی الگوریتم یکپارچه تخمین و کنترل برای مرحله آخر فرود یعنی نشست پرداخته است بگونه‌ای که بتواند در برابر عدم قطعیت‌های موجود عملکرد قابل قبولی ارائه دهد. الگوریتم پیشنهادی بر مبنای چارچوب کارکردی کنترل ساختارمتغیر شکل گرفته و نیاز به ژاکوبین‌گیری و ایجاد اندازه‌گیری‌های مصنوعی را به کمک جایگزینی خطی‌سازی تحلیلی با خطی‌سازی آماری و تئوری معکوس تعمیم‌یافته ماتریس برطرف نموده است. عملکرد الگوریتم پیشنهادی در حضور عدم قطعیت‌های مختلف ناشی از شرایط اولیه تصادفی دینامیک کوپل مریخ‌نشین، ناپایداری اتمسفری و خطای مدلسازی نیرو‌ها و گشتاورهای وارده، تاخیر زمانی عملگرهای کنترلی و با لحاظ کردن قیود هندسی محل فرود و اشباع عملگرها بررسی شده است. در ادامه، عملکرد الگوریتم ناوبری مقاوم پیشنهادی با نتایج حاصل از ترکیب الگوریتم‌های متداول فیلتر کالمن توسعه‌یافته و کنترلر تناسبی-انتگرالی-مشتقی در مساله غیرخطی فرود بر سیاره مریخ قیاس شده است. نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌های مونت کارلو به وضوح عملکرد دقیق و مقاوم الگوی ناوبری و کنترل پیشنهادی را نشان داده و برتری آن نسبت به الگوریتم‌های متداول رایج را تایید می‌کند.