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A Reinforcement Learning Approach for Transient Control of Liquid Rocket Engines

Waxenegger-Wilfing, Günther und Dresia, Kai und Deeken, Jan C. und Oschwald, Michael (2021) A Reinforcement Learning Approach for Transient Control of Liquid Rocket Engines. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 57 (5), Seiten 2938-2952. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TAES.2021.3074134. ISSN 0018-9251.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9409671

Kurzfassung

Nowadays, liquid rocket engines use closed-loop control at most near-steady operating conditions. The control of the transient phases is traditionally performed in open loop due to highly nonlinear system dynamics. This situation is unsatisfactory, in particular for reusable engines. The open-loop control system cannot provide optimal engine performance due to external disturbances or the degeneration of engine components over time. In this article, we study a deep reinforcement learning approach for optimal control of a generic gas-generator engine's continuous startup phase. It is shown that the learned policy can reach different steady-state operating points and convincingly adapt to changing system parameters. Compared to carefully tuned open-loop sequences and proportional-integral-derivative (PID) controllers, the deep reinforcement learning controller achieves the highest performance. In addition, it requires only minimal computational effort to calculate the control action, which is a big advantage over approaches that require online optimization, such as model predictive control.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146167/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Reinforcement Learning Approach for Transient Control of Liquid Rocket Engines
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Waxenegger-Wilfing, GüntherGuenther.Waxenegger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5381-6431NICHT SPEZIFIZIERT
Dresia, KaiKai.Dresia (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3229-5184NICHT SPEZIFIZIERT
Deeken, Jan C.Jan.Deeken (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5714-8845NICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 April 2021
Erschienen in:IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:57
DOI:10.1109/TAES.2021.3074134
Seitenbereich:Seiten 2938-2952
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0018-9251
Status:veröffentlicht
Stichwörter:engines, rockets, liquids, transient analysis, optimal control, training, reinforcement learning
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Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebssysteme
Hinterlegt von: Hanke, Michaela
Hinterlegt am:26 Nov 2021 07:51
Letzte Änderung:05 Dez 2023 07:39

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