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Real-time Capable Nonlinear Model Predictive Controller Design for The Upper Stage of a Launch Vehicle

Arslantas, Yunus und Oehlschlägel, Thimo (2015) Real-time Capable Nonlinear Model Predictive Controller Design for The Upper Stage of a Launch Vehicle. 30th International Symposium on Space Technology and Science, 4-10 July 2015, Kobe, Japan.

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Kurzfassung

In this paper, a real-time capable Nonlinear Model Predictive Controller (NMPC) is implemented for the attitude control of an upper stage launch vehicle with liquid propellant. A mass spring model is used as an analogy to simulate the disturbance generated by the sloshing propellant. For the implementation of the NMPC, an optimal control problem (OCP) is defined with finite time horizon. The objective function is minimized while satisfying constraints on the control inputs. The resulting OCP is transcribed using single shooting method to parametrize the control inputs using uniform discretization points. The continuous control inputs are obtained by linear interpolation. A dedicated discretization algorithm in FORTRAN is coupled with a solver which used quasi-Newton algorithm to generate solutions fast. Approximation of the Hessian matrix is used to reduce computational requirements. Furthermore, the algorithm can perform parallel computation of the derivatives of the objective function with respect to optimization variables. This results in a real-time capability of generating solutions in the order of milliseconds for each iteration. The algorithm is applied for attitude maneuver and disturbance rejection for the upper stage of a launch vehicle.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/97275/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Real-time Capable Nonlinear Model Predictive Controller Design for The Upper Stage of a Launch Vehicle
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Arslantas, YunusYunus.Arslantas (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oehlschlägel, ThimoThimo.Oehlschlaegel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2015
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Upper stage, Nonlinear model predictive controller, quasi-Newton method
Veranstaltungstitel:30th International Symposium on Space Technology and Science
Veranstaltungsort:Kobe, Japan
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:4-10 July 2015
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Leitprojekt - Forschungsverbund Oberstufe (alt)
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme
Hinterlegt von: Arslantas, Yunus Emre
Hinterlegt am:17 Sep 2015 11:13
Letzte Änderung:31 Jul 2019 19:54

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