화학 추진 시스템을 이용한 우주선 접근 제어를 위한 볼록 MPC 및 데드밴드 추력 할당

Core Concepts

본 논문은 화학 추진 시스템을 이용한 우주선 접근 제어를 위해 볼록 MPC 기반 제어기를 제안한다. 추력기의 최소 작동 시간 제약으로 인해 발생하는 혼합 정수 제약을 효율적으로 다루기 위해 두 가지 솔버 알고리즘을 제시한다.

Abstract

본 논문은 화학 추진 시스템을 이용한 우주선 접근 제어를 위한 MPC 기반 제어기를 다룬다.

전체 동역학 모델과 단순화된 모델을 소개하고, 추력기 작동 특성을 고려하여 이산 시간 모델을 유도한다.

추력기의 최소 작동 시간 제약으로 인해 발생하는 혼합 정수 제약을 다루기 위해 MPC 최적화 문제를 정의한다.

표준 MILP 솔버의 계산 복잡도 문제를 해결하기 위해 두 가지 대안적인 솔버 알고리즘(Projected, Relaxed)을 제안한다. 이 알고리즘들은 최적 해에 근접한 해를 효율적으로 산출한다.

시뮬레이션을 통해 제안된 알고리즘의 성능을 평가한다. 최소 작동 시간 및 예측 horizon 길이 변화에 따른 결과를 분석한다. 제안 알고리즘은 표준 MILP 솔버에 비해 계산 시간을 크게 단축할 수 있음을 보인다.

향후 연구 방향으로 타원 궤도, 자세 제어, 충돌 회피 등을 고려한 모델 확장 및 안전성 향상 방안을 제시한다.

Stats

화학 추진 시스템의 최소 작동 시간은 hmin = 5초이다.
우주선의 질량은 mC = 2000 kg이다.
각 추력기의 추력은 fi = 1000 N이다.

Quotes

없음

Key Insights Distilled From

Convex MPC and Thrust Allocation with Deadband for Spacecraft Rendezvous

by Pedr... at arxiv.org 04-08-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.04197.pdf

Deeper Inquiries

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