توضیحات
مونتاژ در مدار یک گروه از فضاپیماهای انعطافپذیر با استفاده از روش مبتنی بر میدان پتانسیل
عنوان اصلی مقاله:
On-orbit assembly of a team of flexible spacecraft using potential field based method
شبیه سازی در محیط ام فایل متلب انجام شده است.
دارای گزارش ویدیویی 27 دقیقه ای می باشد.
چکیده مقاله:
در این مقاله، یک راهبرد کنترل نوین مبتنی بر میدان پتانسیل مصنوعی برای مونتاژ خودکار در مدار چهار فضاپیمای انعطافپذیر بدون برخورد میان اعضا توسعه داده شده است. هر فضاپیما بهصورت مدل هاب-پرتو با مودهای محدودشده در چارچوب مرجع شناور سادهسازی شده و گراف ارتباطی میان آنها دارای توپولوژی حلقهای فرض شده است. ابتدا فضاپیماها به یک پیکربندی پیشمونتاژ هدایت میشوند و سپس به پیکربندی مونتاژ منتقل میگردند.
برای طراحی میدان پتانسیل در مرحله اول، هر فضاپیما بهصورت بیضی و رهبر مجازی بهصورت دایره مدلسازی شده است. میدان پتانسیل عمدتاً بر خطای جهتگیری میان فضاپیمای انعطافپذیر و همسایهاش، فاصله شعاعی اقلیدسی میان بیضی و دایره، و فاصله کلاسیک میان مراکز آنها مبتنی است. اثبات شده که تابع پتانسیل فاقد مینیممهای محلی است و کمینه جهانی آن صفر است. در صورتی که مقدار تابع صفر باشد، پاسخ نه یک حالت مشخص بلکه مجموعهای از حالات متناظر با پیکربندی مطلوب است. تحلیل لیاپانوف نشان میدهد که چهار فضاپیما بهصورت مجانبی به پیکربندی هدف همگرا میشوند. افزون بر این، یک میدان پتانسیل اضافی برای جلوگیری از برخورد نیز در نظر گرفته شده است.
در مرحله دوم کنترل، فقط تغییرات اندکی در کنترلر مرحله اول ایجاد میشود. در نهایت، عملکرد موفق قانون کنترلی پیشنهادی برای مأموریت مونتاژ از طریق دو مطالعه موردی بهصورت عددی تأیید میشود.
توضیحات پروژه
در این پروژه، مونتاژ در مدار چهار فضاپیمای انعطافپذیر بهصورت خودکار و بدون برخورد شبیهسازی شده است. الگوریتم کنترلی مبتنی بر میدان پتانسیل مصنوعی طراحی شده و پایداری آن با تحلیل لیاپانوف بررسی شده است.
شبیهسازی در محیط MATLAB (امفایل) انجام شده و شامل:
- کدنویسی کامل و ساختار یافته در متلب
- گزارش ویدیویی ۲۷ دقیقهای از اجرای پروژه و توضیح روند شبیهسازی
- قابلیت استفاده بهعنوان پروژههای مشابه در حوزه فضا، رباتیک، یا کنترل چند عامله
این پروژه برای مهندسی هوافضا، کنترل، رباتیک، و سیستمهای چند عامله مناسب است.
✅ تعداد شبیهسازیها:
دو مورد (Case I و Case II)
در هر دو شبیهسازی:
- چهار فضاپیما ابتدا به وضعیت پیشمونتاژ (Pre-assembly) هدایت میشوند.
- سپس به وضعیت نهایی مونتاژ (Assembly configuration) منتقل میگردند.
- پایداری، همگرایی و عدم برخورد بین اعضا در طول مسیر بررسی شدهاند.
در زیر نتایج بدست آمده از شبیه سازی با متلب را بررسی می کنیم:
نتایج Case 1 در زیر قابل مشاهده است و نتایج Case 2 در بخش گالری تصاویر قابل مشاهده است.
نتایج شکلهای 10 تا 28 در شبیه سازی مقاله بدست آمده است.
Fig. 10. The positions of the centers of the rigid hubs of four flexible spacecraft in X direction in Case I.
Fig. 11. The positions of the centers of the rigid hubs of four flexible spacecraft in Y direction in Case I.
Fig. 12. The attitude angles of the rigid hubs of four flexible spacecraft in Case I
Fig. 13. The first-order modal coordinates of the appendages numbered as A of four flexible spacecraft in Case I.
Fig. 14. The first-order modal coordinates of the appendages numbered as B of four flexible spacecraft in Case I.
Fig. 15. The configurations of four flexible spacecraft in Case I at (a) t=0
Fig. 15. The configurations of four flexible spacecraft in Case I at (b) t=500 s
Fig. 15. The configurations of four flexible spacecraft in Case I at (c) t=780 s
Fig. 15. The configurations of four flexible spacecraft in Case I at (d) t=2000 s.
Fig. 16. The minimal radial and classical Euclidian distance between any two flexible spacecraft in the team in Case I.
Fig. 17. The control variables Fx acting on the rigid hubs of four flexible spacecraft in Case I.
Fig. 18. The control variables Fy acting on the rigid hubs of four flexible spacecraft in Case I.
Fig. 19. The control variables T0 acting on the rigid hubs of four flexible spacecraft in Case I.
برای دیدن مابقی نتایج بدست آمده از شبیه سازی به بخش تصاویر گالری محصول مراجعه نمایید.
همانطور که مشاهده میشود نتایج بسیارمطلوبی بدست آمده است. تفاوت کمی در برخی نتایج دیده میشود که به دلیل فرضیات مسئله است که در گزارش ویدیویی به آنها نیز پرداخته شده است.
شاید به موارد زیر نیز علاقه مند باشید:
- طراحی کنترلکننده PID تطبیقی برای سیستمهای غیرخطی
- شبیه سازی مقاله با متلب
- کنترل زمان محدود ماهواره به همراه مشاهده گر اغتشاش
- اینورتر شبه منبع امپدانسی
- طراحی یک کنترلکننده مد لغزشی زیربهینه مرتبه دوم انتگرالی برای کنترل حرکتی مقاوم بازوهای رباتیک
- دانلود متلب 2025a و آموزش تصویری نصب متلب 2025a
📌 نتیجهگیری مقاله:
در این مقاله، طراحی یک کنترلر برای مونتاژ خودکار در مدار تیمی از چهار فضاپیمای انعطافپذیر با استفاده از روش میدان پتانسیل مصنوعی ارائه شده است. هر فضاپیما بهصورت مدل سادهشدهی هاب-پرتو در چارچوب مرجع شناور مدلسازی شده است. مونتاژ در دو مرحله انجام میشود: رسیدن به پیکربندی پیشمونتاژ و سپس رسیدن به پیکربندی نهایی.
در مرحله اول، میدان پتانسیل مصنوعی بهصورت تحلیلی طراحی شده و نشان داده شده است که نقطه کمینه جهانی آن به پیکربندی هدف منتهی میشود. پایداری مجانبی با استفاده از تابع لیاپانوف اثبات شده است. برای جلوگیری از برخورد میان فضاپیماها، یک مؤلفه جلوگیری از برخورد نیز در میدان پتانسیل گنجانده شده است.
در مرحله دوم، تنها با کوچکسازی شعاع رهبر مجازی و حذف کنترل جلوگیری از برخورد، فضاپیماها به نقطه مونتاژ نهایی هدایت میشوند.
مطالعات نشان دادند که این روش کنترلی قادر است مونتاژ مورد نظر را بهخوبی انجام دهد. با این حال، در کاربردهای واقعی فضایی، باید به مسائل عملی مانند مصرف انرژی، اشباع ورودی و پیادهسازی محرکها نیز توجه شود، زیرا این موارد میتوانند به شکست مأموریت منجر شوند. همچنین طراحی کنترلر مقاوم در برابر اغتشاشات و عدم قطعیتها، از چالشهای آتی است.
کلیدواژه:
Flexible spacecraft, On-orbit assembly, Artificial potential field, Virtual leader, Collision avoidance
شبیه سازی مونتاژ در مدار یک گروه از فضاپیماهای انعطافپذیر با استفاده از روش مبتنی بر میدان پتانسیل با متلب
طبق توضیحات فوق توسط کارشناسان سایت متلبی تهیه شده است و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد،.
با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.