2016 Fiscal Year Annual Research Report
確率的事象を考慮した宇宙機の軌道最適化手法の構築に関する研究
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15J05999
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
尾崎 直哉 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 確率制御理論 / ロバスト制御理論 / 軌道設計 / 低推力軌道設計 / 動的計画法 / モデル予測制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の研究業績は，「非線形・制約条件付き確率制御問題を解くための数値的なアプローチの提案」と「超小型深宇宙探査機PROCYONのLessons Learnedを活かした制約条件付き軌道誘導則の提案」の2種類に分けられる．
(1) Tube Stochastic Differential Dynamic Programming
昨年度はStochastic Differential Dynamic Programming (SDDP)という非線形確率制御問題の最適化手法を提案した．しかし，昨年度提案したSDDPは制約条件付き問題を扱うことができず，低推力軌道設計問題を解くための実用性が乏しかった．今年度は制約条件付き・非線形の確率制御問題を解くための拡張として，Tube Stochastic Differential Dynamic Programming (TSDDP)という手法を提案した．これは制御理論分野で注目を集めているチューブモデル予測制御（Tube MPC）と融合した手法であり，U変換のシグマ・ポイントを利用したチューブを構築し，制約条件付き確率制御問題を解くことに成功した．また，モンテカルロ法によって確率的に外乱を加えた際の挙動を確認すると，従来手法よりも良い性能が達成されていることが確認された．本研究成果は2017年6月のInternational Symposium on Space Flight Dynamicsにて発表予定である．
(2) 制約条件付き軌道誘導則
我々東京大学とJAXAで開発した超小型深宇宙探査機PROCYONのLessons Learnedを受けて，制約条件付き軌道誘導則の一般的解法を提案した．提案手法は二段確率計画法に基づいており，SICE JCMSIに掲載予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
非線形・制約条件付きの確率制御問題を解くための数値解法により，本研究課題である「確率的事象を考慮した低推力軌道設計手法」の理論的重要課題が解決したと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は実用性を広げるための研究が必要である．まず第一に効率的かつ安定した最適化アルゴリズムの実装が必要である．そのためには，これまで提案されてきた軌道最適化手法が参考にできる．また，今回実現したTube Stochastic Differential Dynamic Programmingの実用性を検証するために，様々な宇宙ミッションへ適用を進めることが今後の課題である．
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Constrained Optimal Flyby Guidance Algorithm by Iterative Two-Stage Stochastic Programming2017
Author(s)
Ozaki, N., Kawabata, Y., Takeuchi, H., Ichikawa, T., Funase, R., Kawakatsu, Y.
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Journal Title
SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration
Volume: 10
Pages: -
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Mission Analysis for JAXA's Earth-Moon Libration-Orbit CubeSat2016
Author(s)
Campagnola, S., Ozaki, N., Oguri, K., Verspieren, Q., Kakihara, K., Yanagida, K., Funase, R., Yam, C.H., Ferella, L., Yamaguchi, T., Kawakatsu, Y., Yarnoz, D.G.
Organizer
67th International Astronautical Congress
Place of Presentation
Guadalajara, Mexico
Year and Date
2016-09-26 – 2016-09-30
Int'l Joint Research
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[Presentation] Flyby Navigation and Guidance Experiment for Interplanetary Micro-Spacecraft PROCYON2016
Author(s)
Ozaki, N., Kawabata, Y., Takeuchi, H., Ichikawa, T., Taniguchi, S., Yagami, T., Funase, R., Kawakatsu, Y.
Organizer
SICE Annual Conference
Place of Presentation
Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Ibaraki, Japan
Year and Date
2016-09-20 – 2016-09-23
Int'l Joint Research
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