Control barrier function based trajectory generation and tracking control for spacecraft inspection mission under multiple safety constraints

职位(财务) 控制理论(社会学) 航天器 计算机科学 二次规划 弹道 李雅普诺夫函数 功能(生物学) 姿态控制 控制器(灌溉) 控制(管理) 控制工程 数学 工程类 数学优化 人工智能 航空航天工程 物理 非线性系统 经济 生物 天文 进化生物学 量子力学 财务 农学
作者
Kun Wang,Tao Meng,Weijia Wang,Jiakun Lei
出处
期刊:Advances in Space Research [Elsevier BV]
卷期号:73 (3): 2080-2097
标识
DOI:10.1016/j.asr.2023.11.035
摘要

In this paper, the safety control problem for spacecraft inspection mission is investigated, which means that there is no position and attitude obstacle collisions between the inspection spacecraft and the defined forbidden zones. We propose a control strategy that ensures safety, utilizing the control barrier function to address multiple safety constraints with logical relationships among them. Firstly, the position and attitude constraints are defined, and the hybrid logical relationship among different attitude constraints is analyzed. To handle complex position and attitude constraints, the Kreisselmeier-Steinhauser function is introduced to approximate the max/min function, thereby expressing them as continuous and differentiable functions. Subsequently, the control barrier function-based quadratic programming (CBF-QP) problems are solved to generate safe velocity and angular velocity. These problems have explicit solutions and do not require extensive computational resources. The safe position and attitude are then obtained by integrating the safe velocity and angular velocity. Notably, the forbidden regions are expanded by a constant in the construction of CBF-QP problems, which acts as a margin for the tracking controller’s performance. Finally, attitude and position tracking controllers based on the control Lyapunov barrier function (CLBF) are designed respectively, taking into account the lumped disturbance in the system, which means that the attitude and position control are computed independently. Numerical simulation results demonstrate that the proposed control strategy effectively handles complex constraints in inspection missions, ensuring system stability and safety, even under severe conditions.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
刚刚
kingwill发布了新的文献求助30
1秒前
ng9jR2发布了新的文献求助10
1秒前
Iridescent_完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
uu发布了新的文献求助10
2秒前
斐然发布了新的文献求助10
2秒前
失眠的班发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
3秒前
斯文尔白发布了新的文献求助30
4秒前
我是老大应助Hou采纳,获得10
5秒前
5秒前
yyq333发布了新的文献求助10
5秒前
科研通AI6.1应助李悟尔采纳,获得10
6秒前
7秒前
千载完成签到 ,获得积分10
9秒前
你好帅的哦完成签到,获得积分10
9秒前
nanmu发布了新的文献求助10
10秒前
FashionBoy应助泷生采纳,获得10
10秒前
SGLY发布了新的文献求助10
13秒前
林尧完成签到 ,获得积分20
13秒前
402078647完成签到,获得积分10
13秒前
霁浔发布了新的文献求助10
14秒前
Akihiko发布了新的文献求助10
14秒前
斐然完成签到,获得积分10
14秒前
Lucas应助MrBBoy采纳,获得10
15秒前
琦琦QYQY完成签到,获得积分10
15秒前
绿色催化完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
Bonaventure完成签到,获得积分10
17秒前
ddd发布了新的文献求助10
17秒前
科研通AI6.1应助泷生采纳,获得10
17秒前
18秒前
18秒前
山茶花开完成签到,获得积分10
19秒前
我是老大应助鲤鱼从安采纳,获得10
19秒前
啊冯完成签到,获得积分10
20秒前
陶醉紫菜完成签到 ,获得积分10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Developing Genetic Editing Tools for Lysobacter 2000
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
Моделирование процессов самоорганизации в кристаллообразующих системах 1000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Handbook of Optical Systems,Volume 6:Advanced Physical Optics 666
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6514903
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8308252
关于积分的说明 17755387
捐赠科研通 5616689
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2924781
邀请新用户注册赠送积分活动 1901819
关于科研通互助平台的介绍 1763137