Un processus de calcul qui détermine l'évolution temporelle des états et des commandes d'un véhicule ou d'un système afin de minimiser ou maximiser une fonction objectif définie, sous les contraintes de la dynamique du véhicule, des trajectoires et des limites opérationnelles.

Principe

Formuler les objectifs de la mission sous la forme d'une fonction de coût (ou d'utilité) et appliquer la dynamique et les contraintes du système en s'appuyant sur la théorie du contrôle optimal ou sur des approximations numériques (méthodes directes ou indirectes), puis rechercher une solution fournissant une trajectoire admissible et souvent localement optimale.

Démonstration

Planifier la montée d'une fusée pour minimiser la consommation de propergol tout en respectant les limites aérodynamiques, les charges structurelles, les événements d'étage et la condition d'insertion orbitale cible, en utilisant un solveur de transcription directe et le multiple shooting.

Mauvaise application

N'optimiser qu'un modèle masse ponctuelle simplifié qui néglige les moments aérodynamiques et les charges thermiques, aboutissant à une trajectoire violant les limites structurelles ou thermiques en vol réel.

Conséquence

Un plan de vol réalisable qui améliore les indicateurs de mission (ergols, temps, risque) et informe les lois de commande et la conception du véhicule, mais qui doit être vérifié avec des modèles de fidélité supérieure et renforcé pour tenir compte des incertitudes.

Inversion

Prescrire une trajectoire fixe non optimisée (planification sans optimisation) qui ignore les compromis et ne s'adapte pas aux contraintes ni aux critères de performance.

Limite

S'applique à la planification au niveau mission des trajectoires et des commandes pour véhicules (fusées, engins spatiaux, missiles, véhicules hypersoniques). Exclut la conception des boucles de contrôle d'actionneurs de bas niveau, les lois de guidage purement non optimisées et les reconstructions post-vol purement descriptives.

Tension sémantique

Il existe une tension entre optimalité (meilleure performance pour les objectifs modélisés) et robustesse (protection contre l'erreur de modèle et les perturbations), ainsi qu'entre solutions de contrôle continues et événements discrets comme les séparations d'étage.

Synthèse

L'optimisation de trajectoire intègre un objectif, le modèle dynamique du véhicule, des contraintes physiques et opérationnelles, et des solveurs numériques pour produire un plan réalisable et améliorant la performance, qui doit être validé et souvent ajusté pour la robustesse et l'applicabilité.