This article presents a feedback control algorithm for electromagnetic formation flying with constraints on the satellites' states and control inputs. The algorithm combines several key techniques. First, we use alternating magnetic field forces to decouple the electromagnetic forces between each pair of satellites in the formation. Each satellite's electromagnetic actuation system is driven by a sum of amplitude-modulated sinusoids, where amplitudes are controlled in order to prescribe the time-averaged force between each pair of satellites. Next, the desired time-averaged force is computed from a optimal control that satisfies state constraints (i.e., no collisions and an upper limit on intersatellite speeds) and input constraints (i.e., not exceeding satellite's apparent power capability). The optimal time-averaged force is computed using a single relaxed control barrier function that is obtained by composing multiple control barrier functions that are designed to enforce each state and input constraint. Finally, we demonstrate the satellite formation control method in numerical simulations.


翻译:本文提出一种用于电磁编队飞行的反馈控制算法,该算法同时考虑了卫星状态与控制输入的约束。本算法融合了多项关键技术。首先,我们利用交变磁场力实现编队中每对卫星间电磁力的解耦。每个卫星的电磁驱动系统由一组幅度调制正弦信号的叠加驱动,通过控制调制幅度来设定每对卫星间的时均作用力。其次,期望的时均作用力通过满足状态约束(即避免碰撞并限制星间相对速度上限)和输入约束(即不超过卫星视在功率容量)的最优控制计算得出。最优时均作用力的计算采用单一松弛控制障碍函数,该函数通过组合多个分别针对各状态与输入约束设计的控制障碍函数构建而成。最后,我们通过数值仿真验证了该卫星编队控制方法的有效性。

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