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1. Picot, Gautier. Contrôle optimal géométrique et numérique appliqué au problème de transfert Terre-Lune : Numerical and geometric control methods and applications to the Earth - Moon transfert problem.

Degree: Docteur es, Mathématiques, 2010, Université de Bourgogne

L'objet de cette thèse est de proposer une étude numérique, fondée sur l'application de résultats de la théorie du contrôle optimal géométrique, des trajectoires spatiales du système Terre-Lune dans un contexte de poussée faible. Le mouvement du satellite est décrit par les équations du problème restreint des trois corps controlé. Nous nous concentrons sur la minimisation de la consommation énergétique et du temps de transfert. Les trajectoires optimales sont recherchées parmi les projections des courbes extrémales solutions du principe du maximum de Pontryagin et peuvent être calculées grâce à une méthode de tir. Ce procédé fait intervenir l'algorithme de Newton dont la convergence nécessite une initialisation précise. Nous surmontons cette difficulté au moyen de techniques homotopiques ou d'études géométriques du système de contrôle linéarisé. L'optimalité locale des trajectoires extrémales est ensuite vérifée en utilisant les conditions du second ordre liées au concept de point conjugué. Dans le cas du problème de minimisation de l'énergie, une technique de "recollement" de trajectoires optimales kepleriennes autour de la Terre et La Lune et d'une solution optimale de l'équation du mouvement linéarisée au voisinage du point d'équilibre L1 est également proposée pour approximer les transferts Terre-Lune à énergie minimale.

This PhD thesis provides a numerical study of space trajectories in the Earth-Moon system when low-thrust is applied. Our computations are based on fundamental results from geometric control theory. The spacecraft's motion is modelled by the equations of the controlled restricted three-body problem. We focus on minimizing energy cost and transfer time. Optimal trajectories are found among a set of extremal curves, solutions of the Pontryagin's maximum principle, which can be computed solving a shooting equation thanks to a Newton algorithm. In this framework, initial conditions are found using homotopic methods or studying the linearized control system. We check local optimality of the trajectories using the second order optimality conditions related to the concept of conjugate points. In the case of the energy minimization problem, we also describe the principle of approximating Earth-Moon optimal transfers by concatening optimal keplerian trajectories around The Earth and the Moon and an energy-minimal solution of the linearized system in the neighbourhood of the equilibrium point L1.

Advisors/Committee Members: Bonnard, Bernard (thesis director).

Subjects/Keywords: Contrôle optimal; Principe du maximum; Conditions du second ordre; Transfert orbital; Problème des 3 corps; Structure de variété invariante; Méthode de tir; Continuation.; Optimal control; Maximum principle; Second order conditions; Orbital transfert; 3-body problem; Invariant manifold; Shooting method; Continuation; 519

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APA (6th Edition):

Picot, G. (2010). Contrôle optimal géométrique et numérique appliqué au problème de transfert Terre-Lune : Numerical and geometric control methods and applications to the Earth - Moon transfert problem. (Doctoral Dissertation). Université de Bourgogne. Retrieved from http://www.theses.fr/2010DIJOS067

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Picot, Gautier. “Contrôle optimal géométrique et numérique appliqué au problème de transfert Terre-Lune : Numerical and geometric control methods and applications to the Earth - Moon transfert problem.” 2010. Doctoral Dissertation, Université de Bourgogne. Accessed April 12, 2021. http://www.theses.fr/2010DIJOS067.

MLA Handbook (7th Edition):

Picot, Gautier. “Contrôle optimal géométrique et numérique appliqué au problème de transfert Terre-Lune : Numerical and geometric control methods and applications to the Earth - Moon transfert problem.” 2010. Web. 12 Apr 2021.

Vancouver:

Picot G. Contrôle optimal géométrique et numérique appliqué au problème de transfert Terre-Lune : Numerical and geometric control methods and applications to the Earth - Moon transfert problem. [Internet] [Doctoral dissertation]. Université de Bourgogne; 2010. [cited 2021 Apr 12]. Available from: http://www.theses.fr/2010DIJOS067.

Council of Science Editors:

Picot G. Contrôle optimal géométrique et numérique appliqué au problème de transfert Terre-Lune : Numerical and geometric control methods and applications to the Earth - Moon transfert problem. [Doctoral Dissertation]. Université de Bourgogne; 2010. Available from: http://www.theses.fr/2010DIJOS067

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