Asymptotic Tracking Control for Spacecraft Formation Flying with Decentralized Collision Avoidance

航天器 控制理论(社会学) 避碰 弹道 李雅普诺夫函数 计算机科学 碰撞 工程类 物理 航空航天工程 控制(管理) 非线性系统 人工智能 天文 计算机安全 量子力学
作者
Daero Lee,Amit K. Sanyal,Eric A. Butcher
出处
期刊:Journal of Guidance Control and Dynamics [American Institute of Aeronautics and Astronautics]
卷期号:38 (4): 587-600 被引量:149
标识
DOI:10.2514/1.g000101
摘要

This paper presents a tracking control scheme for spacecraft formation flying with a decentralized collision-avoidance scheme, using a virtual leader state trajectory. The configuration space for a spacecraft is the Lie group , which is the set of positions and orientations in three-dimensional Euclidean space. A virtual leader trajectory, in the form of attitude and orbital motion of a virtual satellite, is generated offline. Each spacecraft tracks a desired relative configuration with respect to the virtual leader in an autonomous manner, to achieve the desired formation. The relative configuration between a spacecraft and the virtual leader is described in terms of exponential coordinates on . A continuous-time feedback tracking control scheme is designed using these exponential coordinates and the relative velocities. A Lyapunov analysis guarantees that the spacecraft asymptotically converge to their desired state trajectories. This tracking control scheme is combined with a decentralized collision-avoidance control scheme generated from artificial potentials for each spacecraft, which includes information of relative positions of other spacecraft within communications range. Asymptotic convergence to the desired trajectory with this combined control law is demonstrated using a Lyapunov analysis. Numerical simulation results verify the successful application of this tracking control scheme to a formation maneuver with decentralized collision avoidance.
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