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Planning natural repointing manoeuvres for nano-spacecraft

机译：规划纳米航天器的自然指向演习

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In the work presented here the natural dynamics of a rigid body are exploited to plan attitude manoeuvres for a small spacecraft. By using the analytical solutions of the angular velocities and making use of Lax pair integration, the time evolution of the attitude of the spacecraft in a convenient quaternion form is derived. This enables repointing manoeuvres to be generated by optimising the free parameters of the analytical expressions, the initial angular velocities of the spacecraft, to match prescribed boundary conditions on the final attitude of the spacecraft. This produces reference motions that can be tracked using a simple proportional-derivative (PD) controller. The natural motions are compared in simulation with a conventional quaternion feedback controller and found to require lower accumulated torque. A simple obstacle avoidance algorithm, exploiting the analytic form of natural motions, is also described and implemented in simulation. The computational efficiency of the motion planning method is discussed.
机译：在本文介绍的工作中，利用刚体的自然动力学来计划小型航天器的姿态操纵。通过使用角速度的解析解并利用Lax对积分，得出了方便的四元数形式的航天器姿态的时间演化。这使得能够通过优化解析表达式的自由参数，航天器的初始角速度来生成重新指向机动，以匹配航天器最终姿态上的规定边界条件。这会产生参考运动，可以使用简单的比例微分（PD）控制器进行跟踪。在模拟中将自然运动与常规四元数反馈控制器进行了比较，发现它们需要较低的累积扭矩。在仿真中还描述并实现了一种简单的避障算法，该算法利用自然运动的解析形式。讨论了运动规划方法的计算效率。

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