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制御/適応MPCarXiv:2610.20280

磁気トルカのみによる衛星姿勢制御のための学習ベース適応MPC

Learning-Based Adaptive MPC for Magnetorquer-Only Satellite Attitude Control

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低忠実度磁場データで学習した磁場モデルをオンライン測定で適応させ、磁気トルカのみで衛星の姿勢軌道を計画するMPCを提案。地球軌道と天王星軌道のシミュレーションで制御成功率を改善。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 小型衛星(例:CubeSats)の姿勢制御に焦点を当てた研究。 - Magnetorquersをアクチュエータとして使用し、3軸姿勢制御を実現。 - 学習ベースの適応MPCアルゴリズムを提案し、磁場モデルをオンラインで適応。 - 地球軌道と天王星軌道の2つのユースケースで検証。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のMagnetorquers制御は制御権限の損失と磁場の完全な知識を必要とした。 - 提案手法は学習ベースの適応MPCにより、これらの問題を克服。 - シミュレーションで地球軌道で5%、天王星軌道で61%の成功率向上を実現。

3. 技術・手法の肝は?

- 低忠実度磁場データを用いてシミュレーションで学習した磁場モデルを組み込む。 - オンライン測定を用いて、最終層更新スキームで磁場モデルを適応。 - MPCコントローラが真の惑星磁場モデルに迅速に適応し、姿勢軌道を計画。

4. どうやって有効だと検証した?

- 地球軌道と天王星軌道の2つのユースケースでシステムシミュレーションを実施。 - 提案手法のコントローラ成功率を評価し、それぞれ5%と61%の改善を確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法として、adaptive MPC、learning-based control、magnetorquer-based attitude controlの論文が挙げられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Patrick Schwartz, Abhishek Cauligi

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Nanosatellites (e.g., CubeSats) have the potential to carry out useful science and exploration activities for outer solar system exploration, but their small size leads to tradeoffs between attitude control and science capabilities. Magnetorquers offer a unique compromise as compact actuators that enable three-axis attitude control, but suffer from a loss of control authority and require full knowledge of the planetary magnetic field. In this work, we present a learning-based adaptive model predictive control (MPC) algorithm that plans rotational trajectories for the satellite while accounting for this loss of control authority. Key to our approach is the inclusion of a learned magnetic field model that is trained in simulation using low-fidelity magnetic field data. Using measurements collected online, our proposed algorithm adapts this learned magnetic field model using a simple last-layer update scheme, allowing the MPC controller to quickly adapt to the true planetary magnetic field model and more effectively plan attitude trajectories. We demonstrate the results of our proposed approach for two use cases, (1) Earth-orbit and (2) Uranus-orbit, and show that our learning-based adaptive MPC algorithm improves controller success for these system simulations by 5% and 61%, respectively.

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