論文の概要: Mixed-Integer vs. Continuous Model Predictive Control for Binary Thrusters: A Comparative Study

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.19796v2
• Date: Mon, 23 Mar 2026 08:22:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-24 14:46:12.196585
• Title: Mixed-Integer vs. Continuous Model Predictive Control for Binary Thrusters: A Comparative Study
• Title（参考訳）: 2元スラスタの混合整数対連続モデル予測制御:比較検討
• Authors: Franek Stark, Jakob Middelberg, Shubham Vyas,
• Abstract要約: バイナリオン/オフスラスタは、近接操作時の宇宙船の姿勢と位置制御に一般的に使用される。 これらの離散アクチュエータの制御は、混合整数最適化問題として明示的に定式化されるか、2層方式で処理される。 本稿では,2元スラスタ制御のための2つのパラダイム間の最初の系統的比較を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.22940141855172033
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Binary on/off thrusters are commonly used for spacecraft attitude and position control during proximity operations. However, their discrete nature poses challenges for conventional continuous control methods. The control of these discrete actuators is either explicitly formulated as a mixed-integer optimization problem or handled in a two-layer approach, where a continuous controller's output is converted to binary commands using analog-to digital modulation techniques such as Delta-Sigma-modulation. This paper provides the first systematic comparison between these two paradigms for binary thruster control, contrasting continuous Model Predictive Control (MPC) with Delta-Sigma modulation against direct Mixed-Integer MPC (MIMPC) approaches. Furthermore, we propose a new variant of MPC for binary actuated systems, which is informed using the state of the Delta-Sigma Modulator. The two variations for the continuous MPC along with the MIMPC are evaluated through extensive simulations using ESA's REACSA platform. Results demonstrate that while all approaches perform similarly in high-thrust regimes, MIMPC achieves superior fuel efficiency in low-thrust conditions. Continuous MPC with modulation shows instabilities at higher thrust levels, while binary informed MPC, which incorporates modulator dynamics, improves robustness and reduces the efficiency gap to the MIMPC. It can be seen from the simulated and real-system experiments that MIMPC offers complete stability and fuel efficiency benefits, particularly for resource-constrained missions, while continuous control methods remain attractive for computationally limited applications.
• Abstract（参考訳）: バイナリオン/オフスラスタは、近接操作時の宇宙船の姿勢と位置制御に一般的に使用される。 しかし、それらの離散性は従来の連続制御法に課題をもたらす。 これらの離散アクチュエータの制御は、混合整数最適化問題として明示的に定式化されるか、2層方式で処理される。 本稿では, 連系モデル予測制御(MPC)とデルタ・シグマ変調(Delta-Sigma modulation)を, 直接混合型MPC(MIMPC)法と比較し, 連系スラスタ制御における2つのパラダイムの体系的比較を行った。 さらに,デルタ・シグマ・モジュレータの状態を用いて情報伝達を行うバイナリ・アクティベート・システムのためのMPCの新たな変種を提案する。 連続MPCとMIMPCの2つのバリエーションは、ESAのREACSAプラットフォームを用いた広範囲なシミュレーションによって評価される。 その結果,MIMPCは低推力条件下では燃料効率が良好であることがわかった。 変調を伴う連続MPCは高い推力レベルで不安定を示す一方、変調器ダイナミクスを組み込んだバイナリインフォメーションMPCはロバスト性を改善し、MIMPCの効率ギャップを小さくする。 MIMPCは、特に資源制約されたミッションにおいて、完全な安定性と燃料効率の利点を提供するが、連続制御法は計算的に制限されたアプリケーションには魅力的である。

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