International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.3
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pp.288-295
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2011
This paper addresses minimum-fuel, two-dimensional trajectory optimization for a soft lunar landing from a parking orbit to a desired landing site. The landing site is usually not considered when performing trajectory optimization so that the landing problem can be handled. However, for precise trajectories for landing at a desired site to be designed, the landing site has to be considered as the terminal constraint. To convert the trajectory optimization problem into a parameter optimization problem, a pseudospectral method was used, and C code for feasible sequential quadratic programming was used as a numerical solver. To check the reliability of the results obtained, a feasibility check was performed.
This paper introduces a new motion-synthesis technique for animating multiple characters. At a high level, we introduce a hub-sub-control-point scheme that automatically generates many different spline curves from a user scribble. Then, each spline curve becomes a trajectory along which a 3D character moves. Based on the given curves, our algorithm synthesizes motions using a cyclic motion. In this process, space-time warp curves, which are time-warp curves, are embedded in the 3D environment to control the speed of the motions. Since the space-time warp curve represents a trajectory over the time domain, it enables us to verify whether the trajectory causes any collisions between characters by simply checking whether two space-time warp curves intersect. In addition, it is possible to edit space-time warp curves at run time to change the speed of the characters. We use several experiments to demonstrate that the proposed algorithm can efficiently synthesize a group of character motions. Our method creates collision-avoiding trajectories ten times faster than those created manually.
Optimal Trajectory Correction Maneuver (TCM) design algorithm has been developed using the B-plane targeting method for future Korean Mars missions. For every-mission phase, trajectory informations can also be obtained using this developed algorithms which are essential to design optimal TCM strategy. The information were computed under minimum requiring perturbations to design Mars missions. Spacecraft can not be reached at designed aim point because of unexpected trajectory errors, caused by many perturbations and errors due to operating impulsive maneuvers during the cruising phase of missions. To maintain spacecraft's appropriate trajectory and deliver it to the designed aim point, B-plane targeting techniques are needed. A software NPSOL is used to solve this optimization problem, with the performance index of minimizing total amount of TCM's magnitude. And also executing time of maneuvers on be controlled for the user defined maneuver number $(1\~5)$ of TCMs. The constraints, the Mars arrival B-plane boundary conditions, are formulated for the problem. Results of this work show the ability to design and analyze overall Mars missions, from the Earth launch phase to Mars arrival phase including capture orbit status for future Korean Mars missions
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.9
no.2
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pp.71-78
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2008
New formation flight controller for unmanned aerial vehicles is proposed. A behavioral decentralized control approach called formation geometry center control is adopted. Trajectory tracking as well as formation geometry keeping are the purpose of the formation flight, and therefore two controllers are designed: a trajectory tracking controller for reference trajectory tracking, and a position controller for formation geometry keeping. Each controller is designed using Lyapunov stability theorem to guarantee the asymptotic stability. Formation flight controller is finally obtained by combining the trajectory tracking controller and the formation geometry keeping controller using a weighting parameter that depends on the relative distance error between unmanned aerial vehicles. Numerical simulations are performed to validate the performance of the proposed controller.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.3
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pp.377-385
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2012
The Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B) system is a key component of CNS/ATM recommended by the International Civil Aviation Organization (ICAO) as the next generation air traffic control system. ADS-B broadcasts identification, positional data, and operation information of an aircraft to other aircraft, ground vehicles and ground stations in the nearby region. This paper explores the ADS-B based trajectory prediction and the conflict detection algorithm. The multiple-model based trajectory prediction algorithm leads accurate predicted conflict probability at a future forecast time. We propose an efficient and accurate algorithm to calculate conflict probability based on approximation of the conflict zone by a set of blocks. The performance of proposed algorithms is demonstrated by a numerical simulation of two aircraft encounter scenarios.
Park Sang-Young;Seywald Hans;Krizan Shawn A.;Stillwagen Frederic H.
Bulletin of the Korean Space Science Society
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2004.10b
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pp.285-289
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2004
An optimal interplanetary trajectory is presented for Human Outer Planet Exploration (HOPE) by using an advanced magnetoplasma spacecraft. A detailed optimization approach is formulated to utilize Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR) engine with capabilities of variable specific impulse, variable engine efficiency, and engine on-off control. To design a round-trip trajectory for the mission, the characteristics of the spacecraft and its trajectories are analyzed. It is mainly illustrated that 30 MW powered spacecraft can make the mission possible in five-year round trip constraint around year 2045. The trajectories obtained in this study can be used for formulating an overall concept for the mission.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.5
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pp.471-476
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2015
This paper presents a maximum velocity trajectory planning algorithm for differential mobile robots with wheel velocity constraint to cope with physical limits in the joint space for two-wheeled mobile robots (TMR). In previous research, the convolution operator was able to generate a central velocity that deals with the physical constraints of a mobile robot while considering the heading angles along a smooth curve in terms of time-dependent parameter. However, the velocity could not track the predefined path. An algorithm is proposed to compensate an error that occurs between the actual and driven distance by the velocity of the center of a TMR within a sampling time. The velocity commands in Cartesian space are also converted to actuator commands to drive two wheels. In the case that the actuator commands exceed the maximum velocity the trajectory is redeveloped with the compensated center velocity. The new center velocity is obtained according to the curvature of the path to provide a maximum allowable velocity meaning a time-optimal trajectory. The effectiveness of the algorithm is shown through numerical examples.
The resolved motion rate control (RMRC) is converting to Joint space trajectory from given Cartesian space trajectory. The RMRC requires the inverse of Jacobian matrix. Since the Jacobian matrix of the redundant robot is generally not square, the pseudo-inverse must be introduced. However the pseudo-inverse is not easy to be implemented on a digital computer in real time as well as mathematically complex. In this paper, a simple fuzzy resolved motion rate control (FRMRC) that can replace the RMRC using pseudo-inverse of Jacobian is proposed. The proposed FRMRC with appropriate fuzzy rules, membership functions and reasoning method can solve the mapping problem between the spaces without complexity. The mapped Joint space trajectory is sufficiently accurate so that it can be directly used to control redundant manipulators. Simulation results verify the efficiency of the proposed idea.
The optimal Earth-Moon transfer trajectory considering spacecraft's visibility from the Daejeon ground station visibility at both the trans lunar injection (TLI) and lunar orbit insertion (LOI) maneuvers is designed. Both the TLI and LOI maneuvers are assumed to be impulsive thrust. As the successful execution of the TLI and LOI maneuvers are crucial factors among the various lunar mission parameters, it is necessary to design an optimal lunar transfer trajectory which guarantees the visibility from a specified ground station while executing these maneuvers. The optimal Earth-Moon transfer trajectory is simulated by modifying the Korean Lunar Mission Design Software using Impulsive high Thrust Engine (KLMDS-ITE) which is developed in previous studies. Four different mission scenarios are established and simulated to analyze the effects of the spacecraft's visibility considerations at the TLI and LOI maneuvers. As a result, it is found that the optimal Earth-Moon transfer trajectory, guaranteeing the spacecraft's visibility from Daejeon ground station at both the TLI and LOI maneuvers, can be designed with slight changes in total amount of delta-Vs. About 1% difference is observed with the optimal trajectory when none of the visibility condition is guaranteed, and about 0.04% with the visibility condition is only guaranteed at the time of TLI maneuver. The spacecraft's mass which can delivered to the Moon, when both visibility conditions are secured is shown to be about 534 kg with assumptions of KSLV-2's on-orbit mass about 2.6 tons. To minimize total mission delta-Vs, it is strongly recommended that visibility conditions at both the TLI and LOI maneuvers should be simultaneously implemented to the trajectory optimization algorithm.
To ensure the successful launch of the Korea pathfinder lunar orbiter (KPLO) mission, the Korea Aerospace Research Institute (KARI) is now performing extensive trajectory design and analysis studies. From the trajectory design perspective, it is crucial to prepare contingency trajectory options for the failure of the first lunar brake or the failure of the first lunar orbit insertion (LOI) maneuver. As part of the early phase trajectory design and analysis activities, the required time of flight (TOF) and associated delta-V magnitudes for each recovery maneuver (RM) to recover the KPLO mission trajectory are analyzed. There are two typical trajectory recovery options, direct recovery and low energy recovery. The current work is focused on the direct recovery option. Results indicate that a quicker execution of the first RM after the failure of the first LOI plays a significant role in saving the magnitudes of the RMs. Under the conditions of the extremely tight delta-V budget that is currently allocated for the KPLO mission, it is found that the recovery of the KPLO without altering the originally planned mission orbit (a 100 km circular orbit) cannot be achieved via direct recovery options. However, feasible recovery options are suggested within the boundaries of the currently planned delta-V budget. By changing the shape and orientation of the recovered final mission orbit, it is expected that the KPLO mission may partially pursue its scientific mission after successful recovery, though it will be limited.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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