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
坚强的安柏完成签到 ,获得积分10
4秒前
btcat完成签到,获得积分0
17秒前
超帅傲白完成签到,获得积分10
18秒前
月儿完成签到 ,获得积分10
21秒前
我是老大应助arniu2008采纳,获得10
23秒前
25秒前
LIJIngcan完成签到 ,获得积分10
25秒前
Cheney完成签到,获得积分10
26秒前
28秒前
ZLY完成签到 ,获得积分10
29秒前
whitepiece完成签到,获得积分0
31秒前
科研爱好者完成签到,获得积分10
31秒前
鼠牵牛发布了新的文献求助10
33秒前
科研通AI6.2应助九九采纳,获得10
35秒前
ccc发布了新的文献求助10
36秒前
小录完成签到 ,获得积分10
39秒前
41秒前
42秒前
44秒前
浮尘完成签到 ,获得积分0
46秒前
arniu2008发布了新的文献求助10
47秒前
标致的丝完成签到 ,获得积分10
49秒前
jinjing完成签到,获得积分10
50秒前
50秒前
Akim应助鼠牵牛采纳,获得10
51秒前
彳系禾完成签到 ,获得积分10
51秒前
grumpysquirel完成签到,获得积分10
52秒前
青水完成签到 ,获得积分10
52秒前
yang完成签到 ,获得积分10
55秒前
Vegeta完成签到 ,获得积分0
57秒前
碳酸氢钠完成签到,获得积分10
59秒前
酷波er应助ccc采纳,获得10
1分钟前
闪电侠完成签到 ,获得积分10
1分钟前
沙脑完成签到 ,获得积分10
1分钟前
李爱国应助hejiacheng采纳,获得10
1分钟前
tiger完成签到,获得积分10
1分钟前
Patience完成签到,获得积分10
1分钟前
vitamin完成签到 ,获得积分0
1分钟前
Jeffery426发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
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
Adhesion Science: Principles & Practice 800
The Graphene Handbook (2019 Edition) 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
IEST-RP-CC018: Cleanroom Cleaning and Sanitization: Operating and Monitoring Procedures 600
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
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 6530280
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8323009
关于积分的说明 17817913
捐赠科研通 5631630
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2932088
邀请新用户注册赠送积分活动 1908736
关于科研通互助平台的介绍 1768045