Génération de trajectoires optimales pour systèmes différentiellement platsApplication aux manoeuves d'attitude sur orbite

par Christophe Louembet

Thèse de doctorat en Sciences physiques et de l'ingénieur. Automatique, productique, signal et image

Sous la direction de Ali Zolghadri.

Soutenue en 2007

à Bordeaux 1 .


  • Résumé

    Cette thèse aborde la problématique de la génération de trajectoires d'attitude pour les satellites d'observation d'orbite basse. Les techniques développées sont basées sur le concept de la platitude différentielle dont les propriétés permettent de résoudre le problème de commande optimale sans intégration des équations différentielles représentant la dynamique du véhicule. Nous avons proposé deux démarches de résolution différentes. La première démarche est basée sur la collocation par les Bsplines. Cette méthode permet de transformer le problème de commande optimale en un problème de programmation non linéaire. Afin d'améliorer les performances numériques de cette méthode, nous avons défini un problème convexe à partir de l'approximation convexe de l'espace admissible aux contraintes. La deuxième méthode consiste à convertir le problème, initialement formulé en termes de programmation semi-infinie, en un problème de programmation semi-définie positive. Cette approche a pour finalité de vérifier les contraintes imposées sur le continuum temporel et non plus en un nombre d'instants fixés pour les méthodes par collocation directe. Les techniques développées dans le cadre de cette thèse ont été testées et validées sur un simulateur industriel du CNES. Les résultats montre alors que les méthodes par platitude permettent un gain important par rapport aux méthodes classiques du CNES notamment du point de vue de l'écart à la trajectoire et de l'excitation de modes souples.

  • Titre traduit

    Optimal trajectory generation for differentially flat systems : application to satellite slew manouvers


  • Résumé

    This thesis discusses the design of slew manoeuvers for Earth observation satellite. First, We show that the non linear model of reaction wheels actuated satellite satisfies the flatness property. Second, it is demonstrated that the main interest of path planning by flatness approach allows to solve the optimal control problem without the need of dynamics integration. By parameterizing the flat outputs by B-spline, we developed an non linear parametric problem that is solved with NLP solvers. To improve the computational quality of this methodology, we describe a convex subset where all constraints are satisfied. Using this subset, we can design a faster collocation-based path planner. The main drawback of this methodology is that constraints are only checked at collocation points. To overcome this drawback, we have developed a new trajectory generation scheme based on a B-spline positivity theorem that leads to efficient and tractable programming scheme using LMI techniques. Finally, we tested trajectories calculated by our flatness methodology in a CNES' Demeter simulator. We compared our results with the results from CNES trajectories generation tools. Our methodology improve the the optimal maneuvering time, the used control torque by diminishing the deflect to the initial trajectory and excitation of flexible structures.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xii-147 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 121-126. Annexes

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Bordeaux. Direction de la Documentation. Bibliothèque Sciences et Techniques.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : FTA 3429
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