航天器姿态机动期间同时满足约束的运行时保证
系统与控制
2024-02-23 v1 系统与控制
摘要
在轨服务、装配与制造（OSAM）的一项基本能力是对待服务航天器或正在组装的结构进行检查。本研究假设通过自主旋转来维持对近距离运行的多辆航天器的情境感知，同时必须满足多项安全约束。多种技术可用作主控制器。本研究的重点是开发运行时保证（RTA）滤波器，用于监控系统行为及主控制器的输出，以强制执行安全约束的满足。具体而言，本研究探索将部分约束组合成基于控制障碍函数定义的主动集不变性滤波器（ASIF）RTA。该方法通过最小化偏离主控制器期望控制输出的程度，在同时强制执行所有安全约束的同时，对主控制进行最小侵入式干预。RTA 的设计旨在确保航天器在预定通信窗口期间保持与地面站通信和数据传输所需的姿态要求，遵守圆锥形姿态禁入区，限制热不利姿态的持续时间，维持充分发电所需的姿态要求，确保机动低于造成结构损伤的阈值，确保最大角速度低于限制以维持快速响应新旋转指令的能力，并尽可能节约执行器使用以防磨损。当无法满足所有安全约束的解时，引入松弛变量到 ASIF 控制器中以优先处理安全约束。展示了蒙特卡洛仿真结果及示例案例的图表，并对具有反作用轮姿态控制的三自由度航天器进行了评估。
引用
@article{arxiv.2402.14723,
title = {Run Time Assurance for Simultaneous Constraint Satisfaction During Spacecraft Attitude Maneuvering},
author = {Cassie-Kay McQuinn and Kyle Dunlap and Nathaniel Hamilton and Jabari Wilson and Kerianne L. Hobbs},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.14723},
year = {2024}
}