Consensus Algorithm with Input Constraints and Collision Avoidance for Swarming Sunshade Satellites near the L1 point
2022 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Konsensusalgoritm med invärdesvillkor och kollisionsavvärjning för svärmande solsegelssatelliter nära L1 (Swedish)
Abstract [en]
Swarm Control Theory studies how multi-agent systems interact to solve tasks cooperatively. In this thesis it was studied how graph theory and the Dynamic Average Consensus Algorithm can be used to control swarming sunshade satellites near L1 for global temperature control, and if it would be suitable for the purpose.The Consensus Algorithm was chosen due to the desirable traits, aggregation, pattern formation, and high scalability. To limit the amount of data handled by each agent and handle limitations on communications between agents due to large distances, the problem was modeled with a dynamically changing interaction topology, and to limit the speed of the controller a consensus algorithm with input constraints was considered.The stability of the first part of the controller was proven via Lyapunov stability criterion. The performance of the collision avoidance controller was tested through simulations with random initial states which showed that it can avoid collisions while successfully reaching the desired formation. The final acquired control law for the consensus algorithm consists of two terms: one term that ensures the convergence to the desired location of each agent, and one term that ensures no collisions between two agents take place.
Abstract [sv]
Svärmkontroll beskriver hur ett system av agenter interagerar för att lösa uppgifter tillsammans. I denna rapport kommer det undersökas hur grafteori och hur en konsensus-algoritm kan användas för att kontrollera svärmade solsegelssatelliter nära L1 för global temperaturkontroll.Konsensus-algoritmen valdes då den har flera attraktiva egenskaper såsom aggregering, formationskontroll, och hög skalbarhet.För att begränsa den mängden data som skickas och hanteras av varje agent och hantera begränsningar på kommunikationen på grund av bl.a. avstånd mellan agenter, så modellerades problemet med en dynamiskt förändrande kommunikationstopologi. För att begränsa hastigheten av kontrollern, så undersöktes en konsensus-algoritm med begränsningar på indatan. Stabiliteten av kontrollern bevisades med Lyapunovs stabilitets kriterium. Effektiviten av kollisionskontrollern studerades över ett antal iterationer med slumpmässiga begynnelsevillkor.Den slutgiltiga kontrollern består av två delar; en del som garanterar konvergeringen till den önskvärda positionen av varje agent, och en del för att hantera potentiella kollisioner mellan agenter.
Place, publisher, year, edition, pages
2022.
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2022:262
Keywords [en]
Consensus algorithm, Formation control, Multi agent system, Solar sailing, Space based geoengineering
Keywords [sv]
Konsensusalgoritm, Formationskontroll, multiagent system, solsegel
National Category
Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-324282OAI: oai:DiVA.org:kth-324282DiVA, id: diva2:1739380
Subject / course
Space Technology
Educational program
Master of Science - Aerospace Engineering
Supervisors
Examiners
2023-02-242023-02-242023-02-24Bibliographically approved