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Optimal Stabilization of Periodic Orbits: A Symplectic Geometry Approach

Beck, Fabian und Sakamoto, Noboru (2026) Optimal Stabilization of Periodic Orbits: A Symplectic Geometry Approach. IEEE Transactions on Automatic Control. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TAC.2026.3665132. ISSN 0018-9286.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11397129

Kurzfassung

In this contribution, the optimal stabilization problem of periodic orbits is studied via invariant manifold theory and symplectic geometry. The stable manifold theory for the optimal point stabilization case is generalized to the case of periodic orbit stabilization, where a normally hyperbolic invariant manifold (NHIM) plays the role of a hyperbolic equilibrium point. A sufficient condition for the existence of an NHIM of an extended Hamiltonian system is derived in terms of a periodic Riccati differential equation. It is shown that the problem of optimal orbit stabilization has a solution if a linearized periodic system is stabilizable and detectable. A moving orthogonal coordinate system is employed along the periodic orbit, which is a natural framework for orbital stabilization and linearization along the orbit. Two illustrative examples are presented: the first involves stabilizing a spring-mass oscillator at a target energy level, and the second addresses an orbit transfer problem for a satellite - a classic scenario in orbital mechanics. In both cases, we show that the proposed nonlinear feedback controller outperforms traditional linear control.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222926/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Optimal Stabilization of Periodic Orbits: A Symplectic Geometry Approach
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Beck, FabianFabian.Beck (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3239-5505NICHT SPEZIFIZIERT
Sakamoto, Noborunoboru.sakamoto (at) nanzan-u.ac.jpNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 Februar 2026
Erschienen in:IEEE Transactions on Automatic Control
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/TAC.2026.3665132
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0018-9286
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Optimal Control; Periodic orbit; Nonlinear Systems; Algebraic/geometric methods; Stability of nonlin- ear systems; Hamiltonian dynamics
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Laufroboter/Lokomotion [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Analyse und Regelung komplexer Robotersysteme
Hinterlegt von: Beck, Fabian
Hinterlegt am:02 Mär 2026 14:24
Letzte Änderung:02 Mär 2026 14:24

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