Arantes Gilz, Paulo Ricardo (2018). Embedded and validated control algorithms for the spacecraft rendezvous.
Résumé en francais
L'autonomie est l'une des préoccupations majeures lors du développement de missions spatiales
que l'objectif soit scientifique (exploration interplanétaire, observations, etc) ou commercial
(service en orbite). Pour le rendez-vous spatial, cette autonomie dépend de la capacité
embarquée de contrôle du mouvement relatif entre deux véhicules spatiaux. Dans le contexte
du service aux satellites (dépannage, remplissage additionnel d'ergols, correction d'orbite,
désorbitation en fin de vie, etc), la faisabilité de telles missions est aussi fortement liée à la
capacité des algorithmes de guidage et contrôle à prendre en compte l'ensemble des contraintes
opérationnelles (par exemple, saturation des propulseurs ou restrictions sur le positionnement
relatif entre les véhicules) tout en maximisant la durée de vie du véhicule (minimisation de
la consommation d'ergols). La littérature montre que ce problème a été étudié intensément
depuis le début des années 2000. Les algorithmes proposés ne sont pas tout à fait satisfaisants.
Quelques approches, par exemple, dégradent les contraintes afin de pouvoir fonder l'algorithme
de contrôle sur un problème d'optimisation efficace. D'autres méthodes, si elles prennent
en compte l'ensemble du problème, se montrent trop lourdes pour être embarquées sur de
véritables calculateurs existants dans les vaisseaux spatiaux.
Le principal objectif de cette thèse est le développement de nouveaux algorithmes efficaces
et validés pour le guidage et le contrôle impulsif des engins spatiaux dans le contexte des
phases dites de "hovering" du rendez-vous orbital, i.e. les étapes dans lesquelles un vaisseau
secondaire doit maintenir sa position à l'intérieur d'une zone délimitée de l'espace relativement
à un autre vaisseau principal. La première contribution présentée dans ce manuscrit utilise
une nouvelle formulation mathématique des contraintes d'espace pour le mouvement relatif
entre vaisseaux spatiaux pour la conception d'algorithmes de contrôle ayant un traitement
calculatoire plus efficace comparativement aux approches traditionnelles. La deuxième et
principale contribution est une stratégie de contrôle prédictif qui assure la convergence des
trajectoires relatives vers la zone de "hovering", même en présence de perturbations ou de saturation des actionneurs. Un travail spécifique de développement informatique a pu
démontrerl'embarquabilité de ces algorithmes de contrôle sur une carte contenant un microprocesseur LEON3 synthétisé sur FPGA certifié pour le vol spatial, reproduisant les performances des dispositifs habituellement utilisés en vol. Finalement, des outils d'approximation rigoureuse
de fonctions ont été utilisés pour l'obtention des solutions validées des équations décrivant le
mouvement relatif linéarisé, permettant ainsi une propagation certifiée simple des trajectoires
relatives via des polynômes et la vérification du respect des contraintes du problème.
Sous la direction du : | Directeur de thèse |
---|
Joldes, Mioara | Louembet, Christophe |
|
---|
Ecole doctorale: | Mathématiques, informatique, télécommunications de Toulouse (MITT) |
---|
laboratoire/Unité de recherche : | Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS |
---|
Mots-clés libres : | Rendez-vous orbital - Commande prédictive - Systèmes impulsifs - Calcul embarqué - Algorithmes certifiés - Calcul formel |
---|
Sujets : | Mathématiques |
---|
Déposé le : | 11 Dec 2018 14:50 |
---|