张小翔1,耿云海2,吴宝林1,丁学良3
摘要: 针对复杂结构外形的空间翻滚目标近距离巡检任务,考虑执行机构饱和与位姿耦合下的碰撞规避,基于控制障碍函数方法提出了一种近似最优安全关键控制策略。首先,在李群SE(3)上构建了航天器位姿一体化跟踪误差动力学模型,并构造含控制输入饱和约束的值函数,在自适应动态规划框架下得到位姿一体化近似最优标称控制策略。进一步,针对复杂障碍边界附近易出现的期望状态不可达的问题,设计排斥引导策略作为候选标称控制策略,从而降低原标称控制的保守性。然后,针对目标翻滚诱发的位姿强耦合使安全约束随姿态演化而时变、以及复杂几何结构放大近场碰撞风险的问题,基于相对位姿与几何特征构建代数安全指标函数并形成避碰约束。最后,基于备份控制障碍函数与二次规划构建的安全关键控制框架,在满足避碰约束与输入饱和约束的同时,对标称控制进行最小修正以实现安全跟踪控制。数值仿真验证了所提方法的有效性。
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