Attitude Control of Highly Maneuverable Aircraft Using an Improved Q-learning
研究了一种新型低稳定性区域桁架支撑翼飞机的姿态控制问题。近年来，RL越来越多地应用于具有挑战性的应用，特别是自主飞行控制。然而，离散强化学习算法面临的一个重要困境是状态-动作表的维度限制和强化学习环境元素的定义困难。为了解决这些问题，在本文中，所提到的飞机的详细的数学模型，首先开发的RL环境的形状。随后，Q学习，最流行的离散RL算法将在马尔可夫决策过程（MDP）和部分可观察马尔可夫决策过程（POMDP）框架中实现，以控制飞行器的纵向模式。为了消除残留的波动，是离散的行动选择的结果，并同时跟踪可变桨距角，模糊动作分配（FAA）方法提出了使用训练的Q表产生连续的控制命令。因此，它将被证明，通过定义一个准确的回报函数，以及观察所有的关键状态，所介绍的控制系统的性能超过了一个良好的调整PID控制器。
2022-10-22 cs.SY eess.SY
Artificial Potential Field and Sliding Mode Control for Spacecraft Attitude Maneuver with Actuation and Pointing Constraints
本文针对航天器在禁止指向约束、执行器饱和及系统不确定性下的姿态重定向问题，提出结合势函数与滑模控制的策略，通过李雅普诺夫分析给出增益闭式解，并经蒙特卡洛仿真和mu分析验证其鲁棒性与可行性。
2025-05-06 cs.SY eess.SY
Construction of control barrier function and $C^2$ reference trajectory for constrained attitude maneuvers
受限姿态机动在机器人和航空航天领域有着广泛的应用。在我们以前的工作中，提出了一个解决这个问题的一般框架，解决完全性保证。然而，缺乏一个平滑的参考轨迹和一个低级别的安全关键控制器。在这项工作中，我们提出了一种新的构造$C^2$连续参考轨迹的基础上$ SO(3) $上的贝塞尔曲线，在预定的细胞内发展，并消除以前的走走停停的行为。此外，我们提出了一种新的归零控制障碍函数$ SO(3) $上，提供了一个安全证书，在一组重叠的细胞上$ SO(3) $，同时避免非光滑分析。安全证书作为控制输入的线性约束给出，并实时实现。针对线性约束中控制输入系数为零的情况，提出了一种改进方法。数值仿真验证了该方法的优越性。
2020-08-20 cs.SY eess.SY math.OC
Global exponential attitude tracking for spacecraft with gyro bias estimation
研究了陀螺测量值受偏差影响时航天器姿态的全局指数跟踪问题。基于收缩分析，首先设计了一个指数收敛的非线性观测器来估计陀螺仪的零偏。依靠这个偏差估计器和四元数对数表示的跟踪误差，指数全局收敛的控制器的设计。该控制器镇定了闭环系统的唯一平衡点，其中跟踪误差为单位四元数。为了提高能量效率和增强鲁棒性，在存在测量噪声的情况下，将[1]中的滞后切换变量并入控制回路中，并获得无解卷的全局指数收敛跟踪控制器。通过数值仿真，评估了该方法在跟踪误差和能量效率方面的性能，以及对陀螺传感器测量噪声和时变偏差的鲁棒性。
2020-07-07 cs.SY eess.SY
Reinforcement Meta-Learning for Interception of Maneuvering Exoatmospheric Targets with Parasitic Attitude Loop
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Arizona（亚利桑那大学）
我们使用强化元学习优化自适应集成制导，导航和控制系统适合于大气层外拦截机动目标。该系统将由捷联式导引头角度和速率陀螺测量组成的观测值直接映射到推力器开关命令。使用高保真度的六自由度仿真器，我们证明了优化的策略可以适应寄生效应，包括导引头角度测量滞后，推力器控制滞后，寄生姿态环所造成的比例因子误差和高斯噪声的角度和旋转速度的测量，和一个时变的质心所造成的燃料消耗和晃动。重要的是，优化的政策提供了良好的性能在广泛的挑战性的目标机动。与以前的工作，提高范围的可观测性诱导视线振荡，我们的系统进行了优化，只使用测量可从导引头和速率陀螺仪。通过广泛的随机大气层外拦截场景的蒙特卡罗模拟，我们证明了优化的政策，使性能接近的增强比例导航的充分参与状态的完美知识。优化的系统计算效率高，需要最少的内存，并应与今天的飞行处理器兼容。
2020-04-18 cs.LG cs.SY eess.SY
Attitude Trajectory Optimization for Agile Satellites in Autonomous Remote Sensing Constellation
敏捷姿态机动可以最大限度地利用遥感卫星星座。通过考虑卫星的物理特性和它的致动器规格，我们可以利用姿态控制系统的全部性能潜力来进行敏捷的遥感超越传统的回转和稳定机动。采用一个由自主和反应灵敏的调度程序协调的敏捷卫星星座，可以大大提高总体响应率、重访时间和任务的全球覆盖范围。在本文中，我们使用最新的进展，顺序凸规划为基础的轨迹优化，使快速目标捕获，指向和跟踪能力的星座。我们提出了两个问题的配方。最小时间回转最优控制问题确定在给定非线性四元数运动学、陀螺仪和致动器动力学以及状态/输入约束的任何两个方向之间回转的最小时间、所需能量和最优轨迹。通过网格化的三维旋转的空间，并有效地解决这个问题的网格上，我们生产的查找表或参数拟合离线，然后可以使用的调度器在线计算的最小时间和机动能量的准确估计，实时星座调度。最小努力多目标指向最优控制问题是使用在线的每颗卫星产生连续的姿态状态和控制输入轨迹，实现给定的时间表，同时最小化姿态误差和控制努力。然后，可以通过低级跟踪控制器来实现最优轨迹。我们证明了我们的方法与太阳同步轨道上的参考卫星通过全球分布的，地球观测目标的例子。
2021-02-16 cs.SY eess.SY
Linear Parameter Varying Attitude Control For CubeSats Using Electrospray Thrusters
本文提出一种单一线性参数变化（LPV）控制器，用于使用电喷雾推进器的立方星姿态控制，通过混合灵敏度控制方案解决执行系统易饱和及多机动操作挑战，并在MIT磁悬浮立方星测试台仿真中验证了性能与鲁棒性。
2025-05-01 cs.SY eess.SY
Gyro-Control of a Solar Sailing Satellite
最近在空间部署帆的成功减少了与太阳帆飞行任务有关的风险。太阳能航行任务的姿态控制要求很低，只需要缓慢的姿态机动来保持稳定的姿态并产生所需的太阳能推力。未来的科学任务将需要大的姿态机动与完全展开的帆。本文研究了目前太阳帆姿态控制的方案，并提出了一种陀螺控制的太阳帆。这个概念使用旋转的太阳帆来构造能够产生大扭矩的控制力矩陀螺仪。执行姿态机动和仿真结果表明，这样的解决方案的能力的指导法律。
2019-10-29 astro-ph.EP astro-ph.IM cs.SY
Waypoint Following Dynamics of a Quaternion Error Feedback Attitude Control System
闭环姿态操纵可以通过使用传统的姿态控制系统来跟踪非标准姿态剖面，从而实现非标准姿态机动。这个想法已经被用于在国际空间站上进行零推进剂机动和在美国宇航局的TRACE太空望远镜上进行最短时间机动。这一想法的操作实施面临的一个挑战是空间飞行器的命令存储缓冲区的有限容量。缓解该问题的一种方法是将姿态命令下采样并保持为姿态控制系统要遵循的一组航路点。在本文中，我们探讨了路点跟踪动态的四元数误差反馈控制律的下采样保持。它示出，下采样和保持引起的下采样，导致卫星角速率显着超过所需的限制之间的纹波。在$z$域中进行分析以理解该现象。提出了一种内插切比雪夫型滤波器，它允许姿态指令根据一组滤波器系数进行编码。使用插值滤波器，命令可以以ACS速率发出，但内存需求显著降低。以美国宇航局月球勘测轨道器的姿态控制系统为例，说明了实际姿态控制系统的性能。
2020-09-07 cs.SY eess.SY math.DS
Quaternion-Based Sliding Mode Control for Six Degrees of Freedom Flight Control of Quadrotors
Autonomous Vehicles Laboratory, Department of Aerospace Engineering, Toronto Metropolitan University（自主车辆实验室，航空航天工程系，多伦多 Metropolitan 大学）
本文提出基于四元数的六自由度滑模控制方法，通过级联架构提升四旋翼飞行控制的稳定性和效率。
2025-12-03 cs.RO cs.SY eess.SY
Hybrid path-lifting algorithm and Equivalence of Stability results for MRP-based control strategies
本文提出一种新型混合动态路径提升机制以从姿态空间鲁棒提取修正罗德里格斯参数(MRP)，在避免展开现象的同时保持基于MRP反馈控制器的渐近与指数稳定性，实现了姿态跟踪动力学的全局指数稳定。
2024-03-23 cs.SY eess.SY
Safe Deep Reinforcement Learning for Spacecraft Reorientation with Pointing Keep-Out Constraint
University of Würzburg（维尔茨堡大学）
本文提出了一种用于具有单一指向保持区的空间飞行器再定向控制的深度强化学习方法，设计了新的状态空间表示，制定了奖励函数以实现控制目标并施加姿态约束，采用软演员评论家算法处理连续状态和动作空间，并通过课程学习方法训练智能体，通过基于控制屏障函数的安全过滤器保证姿态约束的合规性。
2026-05-19 cs.SY eess.SY
Global Stabilization of Antipodal Points on n-Sphere with Application to Attitude Tracking
针对现有非中心协同混合控制器存在切换故障时易引发退绕或失稳的问题，提出基于角度翘曲生成的中心协同势函数族的混合控制器，衍生出兼具一致性、切换容错性且放宽参数假设的四元数姿态跟踪控制器，仿真验证其鲁棒性更优。
2023-06-08 cs.SY eess.SY
Gimbal Actuator Modeling for a Spin-Stabilized Spacecraft Equipped with a 1DoF Gimbaled-Thruster and two Reaction Wheels
本文为配备1DoF万向节推力器和两个反作用轮的自旋稳定航天器建立了包含直流电机方程的万向节执行器数学模型，证明工业直流电机可用于脉冲轨道机动中的姿态控制。
2024-02-20 cs.SY eess.SY
Fixed final time three-axis satellite attitude control with thrusters based on dynamic programming and neural networks
研究了利用推力器实现卫星三轴姿态控制的问题。将卫星姿态动力学和运动学的数学模型表示为一个带子系统的切换系统。每个子系统根据推进器的开/关状态定义。利用基于动态规划的训练方法，该方法可以找到子系统之间的适当切换，使得代价函数被优化。此外，为了扩展特定感兴趣域的解决方案，神经网络用于用基函数逼近代价函数。训练方法是离线的，它找到了基函数的最佳权重，可以用来找到最佳切换。仿真结果表明，该方法能够在固定的最终时间内完成机动，并使姿态达到最终期望状态。此外，该方法对系统建模中的不确定性具有鲁棒性。最后，该控制方案可用于设计低成本的微小卫星姿态控制单元或作为备份单元。
2020-08-01 cs.SY eess.SY
Constrained reaction wheel desaturation and attitude control of spacecraft with four reaction wheels
针对四反作用轮航天器，提出结合增量参考治理器与时间分布式模型预测控制的策略，实现低计算成本下满足指向约束的消饱和与姿态稳定。
2023-05-10 cs.SY eess.SY
Sliding Mode Control Techniques and Artificial Potential Field for Dynamic Collision Avoidance in Rendezvous Maneuvers
研究了存在障碍物时两航天器的自主交会机动和接近操作问题。分析了制导与控制相结合的策略。所提出的闭环系统能够保证在真实环境中的安全路径，以及相对于外部干扰和动态障碍物的鲁棒性。制导策略采用了一个适当设计的人工势场（APF），而控制器依赖于滑模控制（SMC），为航天器的位置和姿态跟踪。对于位置控制，考虑了两种不同的一阶滑模控制方法，即基于分量和基于单纯形的控制技术。建议的综合制导和控制策略进行了验证，通过广泛的模拟与六度的自由度（DOF）的轨道模拟器，并出现适合于实时控制与最小的板载计算工作。燃料消耗和控制努力的评估，包括不同的更新频率的闭环软件。
2019-06-26 cs.SY eess.SY
Spacecraft Attitude Pointing Control under Pointing Forbidden Constraints with Guaranteed Accuracy
研究了在禁止指向约束和性能约束下的姿态指向控制问题。要求航天器在保证姿态控制精度和姿态调整快速性的同时，将敏感器的姿态调整到期望的方向。针对这一问题，本文提出了一种基于简化姿态表示的切换控制器结构，将人工势场（APF）方法和预定性能控制（PPC）方法融合在一起。首先，提出了一种新的人工势场，并设计了一种特殊的函数来缓和切换过程，旨在为系统状态提供平滑过渡。随后，我们提出了一个特殊的性能函数，它可以在必要时冻结PPC部分。在此基础上，设计了异步切换策略，保证了系统的稳定性。基于这些问题，提出了一种切换反推控制器，并采用跟踪微分器（TD）来产生微分信号的平滑逼近。数值仿真结果表明了该方法的有效性。
2022-09-13 cs.SY eess.SY
Distributed Non-Uniform Scaling Control of Multi-Agent Formation via Matrix-Valued Constraints
Chongqing University（重庆大学）
本文提出了一种基于矩阵值约束的分布式非均匀缩放控制方法，通过调整两个领导者的位置实现编队的非均匀缩放，同时支持姿态的缩放和翻译控制，并证明了在特定传感图结构下控制器的全局收敛性。
2026-05-20 cs.MA cs.SY eess.SY
Attitude and angular velocity tracking for a rigid body using geometric methods on the two-sphere
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出了一种基于双球几何方法的全局控制策略，用于实现刚体的姿态和角速度跟踪，克服了传统姿态表示法如四元数和欧拉角的解卷和奇点问题，通过构造姿态误差函数实现了大初始姿态和角速度误差下的精确跟踪和模型不准确性处理。
2019-01-03 cs.SY eess.SY math.DS
Implementation and Analysis of Different Geomagnetic Field Models for Attitude Determination and Control System (ADCS) of a Satellite
本研究比较直接偶极子与国际地磁参考场两种地磁场模型在卫星ADCS中磁力计和磁力矩器建模的性能，分析其对姿态稳定与反作用轮卸载的影响，为未来任务提供模型选择依据。
2025-06-24 cs.SY eess.SY
Geometric Fixed-Time Sliding Mode Control for Constrained Attitude Tracking on $\mathrm{SO}(3)$
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）
本文针对SO(3)上带多个姿态指向约束和匹配外部扰动的航天器姿态跟踪问题，构造固有姿态势函数，提出非奇异固定时间几何滑模控制律，通过理论分析和数值仿真验证了控制方法的有效性。
2026-09-02 cs.SY eess.SY
Leader-Follower Formation Control Using Differential Drag and Effective Surface Regulation
UiT - The Arctic University of Norway（挪威北极大学）
本文提出基于积分反推技术的控制策略，通过姿态机动实现小卫星间相对定位，利用差分阻力实现闭环稳定性，通过Lyapunov理论和数值模拟验证有效性。
2026-04-20 cs.SY eess.SY
Star-Tracker-Constrained Attitude MPC for CubeSats
Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学电气工程学院）；Slovak University of Technology in Bratislava（布拉迪斯拉发斯洛伐克科技大学）
本文提出一种在线线性模型预测控制框架，用于解决姿态机动问题，在地面目标跟踪期间保持星跟踪器可用性，通过线性化非线性刚体动力学和几何排除约束，得到时间变化的线性MPC形式，作为标准二次规划问题，具有较低的在线计算复杂度。
2026-04-01 cs.SY eess.SY
Closed-Loop Stability of a Lyapunov-Based Switching Attitude Controller for Energy-Efficient Torque-Input-Selection During Flight
Washington State University (WSU)（华盛顿州立大学）；California Institute of Technology (Caltech)（加州理工学院）
本研究提出一种基于李雅普诺夫的无人机切换姿态控制器，通过复合能量函数触发扭矩输入切换，推导闭环稳定条件并得到更大的吸引域估计，实验验证其在高速偏航跟踪中较基准方案平均减少约53%控制能耗。
2024-11-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Attitude Takeover Control for Noncooperative Space Targets Based on Gaussian Processes with Online Model Learning
针对非合作空间目标姿态接管控制中动力学模型难以在线辨识的问题，提出基于递归在线稀疏高斯过程的半前馈学习控制策略，结合基于模型置信度的变增益反馈控制器，在降低计算负荷的同时保证系统概率意义上的Lyapunov稳定性。
2023-10-24 cs.SY eess.SY
Attitude Trajectory Optimization and Momentum Conservation with Control Moment Gyroscopes
在这项工作中，我们开发了一个数值上易于处理的轨道最优化问题静止姿态转移与CMG驱动的航天器。首先，我们适应一个专门的动力学模型，避免了许多常见的动力学近似引入的数值挑战（奇点）。为了制定和解决我们专门的轨迹最优化问题，我们设计了一个局部稳定的线性二次型（LQ）调节器系统的配置流形，然后将其提升到周围的状态空间，以产生合适的终端和运行LQ成本泛函。最后，我们检查性能的优点和缺点的解决方案，这个最优化问题通过PRONTO求解器，并发现显着改善机动时间，终态的精度，和总的控制工作。该分析还突出了目标函数的一个关键缺点，该目标函数仅惩罚控制输入的范数而不是电力使用。
2022-11-03 cs.SY eess.SY math.OC
Physics-based Online Adaptive Koopman Model Predictive Attitude Control for Combined Spacecraft with Dynamic Uncertainties
Zhengzhou Advanced Research Institute, Harbin Institute of Technology（郑州先进研究院，哈尔滨工业大学）；Department of Control Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（控制科学与工程系，哈尔滨工业大学）；School of Engineering, Newcastle University（纽卡斯尔大学工程学院）
针对存在惯性不确定性的组合航天器姿态稳定问题，提出基于物理的自适应Koopman模型预测控制策略，通过二次规划降低计算负担，仿真验证了其有效性。
2026-09-03 cs.SY eess.SY
Nonlinear Incremental Control for Flexible Aircraft Trajectory Tracking and Load Alleviation
提出了一种柔性飞行器同时进行轨迹跟踪和载荷减缓的非线性控制结构。通过利用控制冗余，阵风和机动载荷减轻而不降低刚体指令跟踪性能。所提出的控制结构包含四个级联的控制回路：位置控制，飞行路径控制，姿态控制和最优多目标机翼控制。由于位置运动学不受模型不确定性的影响，非线性动态逆控制应用。相反，飞行轨迹动力学受到模型不确定性和大气扰动的影响，因此采用增量式滑模控制。基于李雅普诺夫的分析表明，该方法可以同时减少传统的滑模控制方法的模型依赖性和最小可能的增益。此外，姿态动力学是严格反馈形式的，因此采用增量反推滑模控制。此外，一个新的负载参考发生器的设计，以区分必要的负载执行机动从过量的负载。载荷参考由内环最优机翼控制器实现，而过量载荷由襟翼自然化而不影响外环跟踪性能。在空间冯卡门湍流场中的轨迹跟踪任务和阵风载荷减缓任务验证了所提出的控制结构的优点。
2021-01-03 cs.SY eess.SY
Complex Aircraft Maneuvering using Reinforcement-Learning-Augmented Sliding Mode-Based Control
Indian Institute of Technology Madras（印度马德拉斯理工学院）
本文提出一种结合深度强化学习和滑模控制的混合控制方法，通过前馈和反馈机制提升飞行控制的暂态性能和鲁棒性。
2026-08-25 cs.SY eess.SY
LeLaR: The First In-Orbit Demonstration of an AI-Based Satellite Attitude Controller
Center for Artificial Intelligence and Data Science, Julius-Maximilians-Universität Würzburg（朱利叶斯-马克西米利安-维尔茨堡大学人工智能与数据科学中心）
本文提出首个在轨演示的基于AI的卫星姿态控制器，通过仿真训练部署至InnoCube 3U卫星，验证了AI控制器在重复姿态 maneuver 中的鲁棒性，对比传统PD控制器表现优异。
2026-04-08 cs.AI cs.LG cs.RO
A New Type of Axis-Angle Attitude Control Law for Rotational Systems: Synthesis, Analysis, and Experiments
在过去的几十年里，基于连续四元数的姿态控制已被证明是非常有效的驱动旋转系统，可以建模为刚体，如卫星和无人机。然而，基于这种方法的方法并不强制存在唯一的闭环（CL）平衡姿态误差四元数（AEQ）;并且，对于绕姿态误差欧拉轴大于πrad的旋转误差，其比例控制效果随着系统状态远离CL旋转动力学的稳定平衡而减弱。在本文中，我们介绍了一种新的类型的姿态控制法，更有效地利用姿态误差欧拉轴角信息，以保证一个独特的CL平衡AEQ，并提供更大的灵活性，在使用比例控制的努力。此外，使用两种不同的控制律为例，通过一个严格的李雅普诺夫函数的CL动力学的建设，我们证明了由此产生的唯一平衡CL旋转系统可以强制一致渐近稳定。为了评估和证明所提出的方法的功能和性能，我们进行了数值模拟，并使用小型四旋翼机执行了数十次实时翻滚-恢复机动。这些仿真和飞行试验令人信服地表明，所提出的轴角为基础的方法实现了优越的飞行性能相比，使用高性能的四元数为基础的模糊控制器的稳定时间。
2025-10-29 cs.RO cs.SY eess.SY
Rigid-Body Attitude Control on $\mathsf{SO(3)}$ using Nonlinear Dynamic Inversion
本文提出一种直接在SO(3)旋转矩阵上工作的非线性动态逆级联姿态控制器，避免欧拉角等表示的奇异性和非唯一性问题，并给出LMI稳定性条件，仿真验证其优于基于欧拉角的NDI方案。
2024-09-04 cs.SY eess.SY math.OC
Nanosatellite Design Considerations for a Mission to Explore the Propellant Sloshing Problem
本文针对航天器推进剂晃动问题，提出利用立方体卫星SPICEsat进行在轨实验，结合计算机视觉、主动控制与等效力学模型研究零重力流体晃动，并通过数值仿真和计算流体动力学验证卫星设计。
2024-12-30 cs.SY eess.SY
On Attitude Recovery of Spacecraft using Nonlinear Control
这个博士学位的总体目标。本论文的主要目的是在高保真数值仿真环境的支持下，研究刚性和柔性航天器的动力学和控制问题。随着轻质柔性材料的使用，对更高的姿态指向精度、姿态机动或姿态恢复的要求越来越高，在控制策略中必须考虑柔性动力学。这些增加系统阶数的高度非线性动力学极难以高精度建模。基于混合坐标法，详细推导了一类航天器的姿态和柔性动力学通用模型。所考虑的航天器有一个刚性的中央总线和灵活的板式附件的星形拓扑结构。针对挠性航天器的欠驱动问题，采用输入-输出反馈线性化技术将系统分为外部线性系统和内部不可观测非线性系统。证明了一类非线性系统的内/零动态定理，并将其应用于挠性航天器，得到了线性渐近稳定的零动态。挠性航天器的整体闭环稳定性也进行了严格的分析，并证明是局部渐近稳定的使用李雅普诺夫理论。通过大量的数值仿真研究了控制器对建模和参数不确定性的鲁棒性。总体而言，反馈线性化控制方案已被证明是可行的和有效的航天器的姿态恢复，也成为前沿和中心的其他应用领域，在最近几年。
2020-12-02 cs.SY eess.SY math.OC
Transition control of a tail-sitter UAV using recurrent neural networks
本文提出了一种基于递归神经网络（RNN）的控制器，用于尾坐式无人机的飞行过渡机动（悬停-巡航，反之亦然）的稳定。控制策略是基于姿态和速度稳定。为此，RNN用于估计过渡阶段的高度非线性气动项。然后，这个估计是用来与反馈线性化技术，稳定整个系统。结果表明，收敛的线速度和俯仰角在过渡机动。为了分析我们提出的控制策略的性能，我们提出了从悬停到巡航的过渡，反之亦然的模拟。
2020-06-29 cs.LG cs.SY eess.SY
MPC for underactuated spacecraft control with a Lyapunov supervised physics-informed neural network correction layer
Politecnico di Torino（托斯纳理工学院）；Argotec S.R.L.（Argotec公司）
针对欠驱动航天器姿态控制，提出一种分层架构，结合非线性模型预测控制、物理信息神经网络和李雅普诺夫监督机制，在不确定性下降低稳态误差并保持鲁棒性。
2026-08-19 cs.RO cs.SY eess.SY
Fuel-Optimal Formation Reconfiguration by Means of Unidirectional Low-Thrust Propulsion System
本文针对仅配备单个可节流低推力喷管的欠驱动卫星编队，提出一种在制导层安排无推力时段完成姿态重定向、并用类MPC方案闭环控制的燃料最优相对轨道重构方法，以支持LuxSpace的Triton-X任务。
2024-06-24 cs.SY eess.SY
Optimal Control with Lyapunov Stability Guarantees for Space Applications
本文针对空间应用中的非线性无限时域最优控制问题，提出将问题分解为有限时域终端代价引导和无限时域线性调节两阶段，在保证全局渐近稳定性的同时，通过仿真验证了在姿态控制、交会机动和软着陆中的有效性。
2025-10-09 cs.SY eess.SY math.OC
A Class of Axis-Angle Attitude Control Laws for Rotational Systems
Washington State University (WSU)（华盛顿州立大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出了一种新的旋转系统姿态控制律，通过扩展轴角表示法，结合Lyapunov稳定性理论，实现了闭环系统的全局渐近稳定，适用于结合切换方案的高精度姿态控制。
2026-03-30 cs.RO cs.SY eess.SY
A flatness-based predictive controller for six-degrees of freedom spacecraft rendezvous
本研究针对偏心轨道被动目标的六自由度航天器交会问题，提出基于平坦性的预测控制方法，通过动力学转化、直接转录和模型预测控制实现燃料最优且抗干扰的闭环制导。
2025-01-13 cs.SY eess.SY
Control of Complex Maneuvers for a Quadrotor UAV using Geometric Methods on SE(3)
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）；University of California at San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Michigan（密歇根大学）
本文利用SE(3)上的几何方法，通过非线性跟踪控制器解决四旋翼无人机的复杂机动控制问题，包括姿态、位置和速度跟踪，并展示了几乎全局的闭环稳定性。
2011-09-09 cs.SY eess.SY math.OC
A Lyapunov-Based Switching Scheme for Selecting the Stable Closed-Loop Fixed Attitude-Error Quaternion During Flight
Washington State University（华盛顿州立大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；School of Mechanical and Materials Engineering, Washington State University（华盛顿州立大学机械与材料工程学院）
本文提出一种基于李雅普诺夫函数的切换控制方案，通过实时选择最小代价的稳定闭环姿态误差四元数，在31克四旋翼飞行实验中显著降低了控制代价和旋转功率。
2024-10-21 cs.RO cs.SY eess.SY
Quaternion Feedback Based Autonomous Control of a Quadcopter UAV with Thrust Vectoring Rotors
University of Cincinnati（辛辛那提大学）；Indian Institute of Technology, Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
在本文中，我们提出了一个自主飞行控制器的四轴飞行器的推力矢量能力。这种无人机属于具有倾斜运动使能旋翼的多旋翼类别。由于车辆被认为是过度驱动的性质，动力学和控制分配必须仔细分析。此外，这种新型飞行器在大姿态机动时悬停的可能性要求无奇异性姿态控制。因此，四元数状态反馈被用来计算无人机电机的控制命令，同时避免了基于欧拉角的控制器所经历的万向节锁定条件。由于没有三角参数，四元数实现还降低了状态估计的总体复杂度。利用四轴飞行器的动力学模型和状态空间，设计了无人机的姿态控制器和控制分配。控制分配，特别是，通过线性化系统悬停条件。这种数学方法使得控制分配比现有方法更准确。姿态控制器的Lyapunov稳定性分析证明了全局稳定性。四元数反馈姿态控制器是由一个外部的位置控制器回路，产生转子倾斜和所需的四元数命令的系统。通过数值仿真对无人机跟踪姿态阶跃指令和跟踪航路点导航任务的性能进行了评估。
2020-06-28 cs.RO cs.SY eess.SY
Optimal Thruster Configuration for 6-DOF Control of a Small Satellite
The University of Texas at Arlington（德克萨斯理工大学）
本文提出了一种小型卫星六自由度控制的最优推力器配置方法，通过减少推力器数量仍能实现有效姿态控制。
2026-01-16 cs.RO cs.SY eess.SY
Semi-global Exponential Stability for Dual Quaternion Based Rigid-Body Tracking Control
针对刚体姿态与位置跟踪问题，提出基于对偶四元数的非线性反馈控制器，证明半全局指数稳定性并建立输入到状态稳定性，结合控制障碍函数实现安全控制，在多个航天任务场景中验证有效性。
2023-12-30 cs.SY eess.SY
Geometric Surface-Based Tracking Control of a Quadrotor UAV under Actuator Constraints
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出了一种基于非线性表面的四旋翼无人机跟踪控制方法，通过非线性表面直接在非线性配置流形上演化，从而在控制设计中内含SE(3)配置空间的非线性特性。通过严格的稳定性证明，展示了具有几乎全局稳定性的闭环特性，并分析了与位置误差无关的吸引区。提出了一种策略，使四旋翼在精确姿态跟踪的同时，遵循所需位置命令并满足作动器约束，且计算成本低。该贡献区别于现有的几何非线性控制系统（GNCSs）解决方案，因为所命令的推力可以由大多数工业四旋翼实现。通过数值模拟和与文献中GNCSs的比较，展示了所提GNCSs的新特性。
2018-11-12 cs.SY eess.SY math.DS
