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Development of spacecraft control theory using kinetic potential energy shaping and machine learning

利用动势能整形和机器学习发展航天器控制理论

基本信息

批准号：
21H01351
负责人：
藤本健治
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、申請者らのグループで現在開発を進めている2つの制御手法である速度ポテンシャルエネルギー整形法と機械学習に基づく制御系設計法の理論的な手法の構築、およびその宇宙機制御への応用に関するものである。宇宙機の制御問題のうち重要なものに以下の2つがある。宇宙機の位置や姿勢をフィードバック制御する「姿勢制御」問題と、宇宙機の軌道を計画する「軌道計画」問題である。本研究はこれらの問題に新たな解法を与えるものである。姿勢制御に関しては、近年国際共同研究として開発した速度ポテンシャルエネルギー整形法と呼ばれる機械システムの制御手法をベースにして、受動性に基づく制御手法とスライディングモード手法を融合させた設計自由度の高いロバスト制御手法の開発、電気システムを含む幅広い物理システムへと適用可能な対象のクラスを拡張すること、などを目標とし、これらの一部の目標を達成している。特にスライディングモード制御は、はやぶさ2の着陸ミッションで活用されるなど、環境の変化に強いロバストな制御手法として知られており、提案手法によってより高精度な制御系を柔軟に設計できるようになることが期待される。軌道計画に関しては、最適化・機械学習など様々な分野のツールを導入して、より良い軌道を効率よく求める手法の開発を目指している。特に宇宙機の消費燃料を最小とする軌道計画にはL1最適制御が必須であるが、この問題に対して劣決定系のためのニュートン法とスパース最適化の考え方を融合した制御手法を開発し、収束性も保証した効率的・実用的なアルゴリズムを開発している。また分担研究者の研究においても、上記2問題を扱う手法の開発を進めており、姿勢制御に関しては実際に近い問題設定のもとでの宇宙機の軌道追従制御への応用、軌道計画に関してはニューラルネットワークを用いた最適軌道計画などの研究を進めている。

This study aims to explore the application of the two control methods in the development of the applicant's knowledge base, the construction of the theory of mechanical learning, and the application of the universal mechanism. Cosmic machine control problems are important and the following are important. The position and attitude of the spacecraft are controlled by the attitude control problem, and the orbit planning of the spacecraft is controlled by the orbit planning problem. This paper presents a new solution to this problem. In recent years, international joint research has been carried out on the development of speed control methods, shape control methods, mechanical control methods, passive control methods, design freedom and high degree of freedom in the development of control methods. The electrical system includes a range of physical systems, which are applicable to all possible objects, and some of the objects are achieved. Special design, control, and application of landing systems, environmental change, control techniques, knowledge, proposal techniques, high-precision control systems, soft design, and expectations. Orbital planning is related to optimization, mechanical learning, and the development of methods. In order to minimize the fuel consumption of the spacecraft, the orbit planning must be based on the L1 optimal control method, and the optimal control method should be developed to ensure the efficiency of the spacecraft. The research of shared researchers is related to the development of methods and attitude control, the application of orbit control and orbit planning, and the research of optimal orbit planning.

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

エネルギー整形法を用いたあるクラスの電気機械系のスライディングモード制御

使用能量整形方法的一类机电系统的滑模控制

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
馬場貴大;坂田直樹;藤本健治;丸田一郎
通讯作者：
丸田一郎

A Passivity-Based Sliding Mode Controller for a Class of Electro-Mechanical Systems

一类机电系统的基于无源的滑模控制器

DOI：
10.1109/lcsys.2021.3089541
发表时间：
2021
期刊：
IEEE Control Systems Letters
影响因子：
3
作者：
Kenji Fujimoto;Takahiro Baba;Naoki Sakata;Ichiro Maruta
通讯作者：
Ichiro Maruta

On Passivity-Based High-Order Compensators for Mechanical Port-Hamiltonian Systems Without Velocity Measurements

无速度测量机械端口哈密尔顿系统的无源高阶补偿器

DOI：
10.1016/j.ifacol.2021.10.367
发表时间：
2021
期刊：
IFAC-PapersOnline
影响因子：
0
作者：
Kiyoshi Hamada;Pablo Borja;Kenji Fujimoto;Ichiro Maruta;Jacquelien M. A. Scherpen
通讯作者：
Jacquelien M. A. Scherpen

ポート・ハミルトン系のスライディングモード制御を用いたフォーメーション軌道追従制御

使用Port-Hamilton滑模控制的编队轨迹跟踪控制