Attitude stabilization with actuators subject to switching restrictions: an approach via exact relay control methods

Kienitz, Karl Heinz

doi:10.1109/taes.2006.314588

Cited by 10 publications

(6 citation statements)

References 8 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…At present, to protect thruster valves from the extreme space conditions, the control for these systems is on-off, initiated by a PD law acting on the error variable. However, on-off thrusting results either in chattering, which wears the thrusters and increases fuel consumption, or in deadband-induced limit cycles that reduce fuel consumption but also positioning accuracy [27,28]. Note that although on-off thrusting is adequate in point-to-point operations, such as docking or satellite attitude corrections, it is not adequate for complex trajectory tracking, as required in passive object manipulation, where position and time pairs must be achieved with minimal errors.…”

Section: Manipulation By Free-flying Servicersmentioning

confidence: 99%

On-orbit cooperating space robotic servicers handling a passive object

Rekleitis

Papadopoulos

2015

IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.

View full text Add to dashboard Cite

A planning and control methodology is developed for manipulating passive objects by cooperating orbital free-flying servicers in zero gravity. Both on-off base thrusters and manipulator continuous forces are used in handling on-orbit passive objects and eliminating the effects of on-off control. For two different contact types, the system dynamics are presented. Using a two-layer optimization process, a planning strategy for the trajectory tracking motion of a passive object, including optimal end-effector contact point selection, is developed. A model-based controller adapted to the special characteristics of the system, such as the unilateral constraints and the on-off thrusting, is presented and its response is discussed, for both contact cases. The manipulation strategy is illustrated using a three-dimensional task. For the cases studied, the system performance exhibits desirable response characteristics, such as remarkable positioning accuracy and reduced thruster fuel consumption.

show abstract

Section: Manipulation By Free-flying Servicersmentioning

confidence: 99%

On-orbit cooperating space robotic servicers handling a passive object

Rekleitis

Papadopoulos

2015

IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…However, in some applications, the features of the trajectory in this neighbourhood may be of relevance to meet engineering specifications. For example, in the case of attitude regulation with on-off thrusters, the goal consists in achieving a stable periodic motion with suitable ampli-tude and frequency (Kienitz and Bals 2005;Kienitz 2006). This task can be complicated by the presence of dwell-time constraints, which may be difficult to handle by using standard techniques for stabilization of limit cycles such as the Poincaré map approach (Benmiloud et al 2019).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Predictive Control of Linear Systems with Switched Actuators Subject to Dwell-Time Constraints

Marcolino

Galvão

Kienitz

2020

J Control Autom Electr Syst

View full text Add to dashboard Cite

This paper is concerned with the control of linear systems with switched actuators subject to lower bounds on dwell times. The problem addressed herein consists of driving the system state to a desired periodic trajectory through suitable perturbations in the switching times. For this purpose, a linearization procedure is derived to describe the relationship between the switchingtime perturbations and the resulting state trajectory. This procedure allows the constrained predictive control problem to be cast in the form of a convex quadratic program, which is a key contribution of the present work. Simulation examples with single-input and two-input models are presented for illustration. In all cases, the system state is driven to the desired trajectory with satisfaction of the dwell-time constraints on the switched input signal.

show abstract

“…Simple on-off thruster operation is not subject to these limitations and is preferred in space applications. However, on-off thrusting results either in chattering, which wears the thrusters and increases fuel consumption, or in deadband-induced limit cycles, that reduce fuel consumption but also positioning accuracy [18], [71], compared to non on-off control.…”

Section: Handling Of a Passive Object In Spacementioning

confidence: 99%

“…where e = xdes -x, is the position error of the controlled body, umax is the force applied by an open thruster and ft inserts a deadband on the controller, in order to avoid chattering, i.e. rapid on-off switching of thrusters near zero error [18], [71]. Figure 2-10 shows a typical response of such a system, where a limit-cycle is observed, even though chattering is avoided.…”

Section: Object Control With Direct Thrustingmentioning

confidence: 99%

“…At present, to protect thruster valves from the extreme space conditions, the control for these systems is on-off, initiated by a PD law acting on error variables e, ė. However, onoff thrusting results either in chattering, which wears the thrusters and increases fuel consumption, or in deadband-induced limit cycles, that reduce fuel consumption but also positioning accuracy [18], [71] . Note that although satellites employ on-off thrusting, this thrusting is used mainly for point-to-point attitude corrections and not for complex trajectory tracking, as required in a number of activities.…”

Section: On-orbit Passive Object Handling By Cooperating Space Robotic Servicersmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Motion planning and control of cooperating robotic systems in orbit

Rekleitis¹,

Ρεκλείτης²

View full text Add to dashboard Cite

Τόσο τα διαπλανητικά σκάφη, όσο και τα στατικά διαστημικά συστήματα, θα χρειαστούν «υπηρεσίες εξυπηρέτησης» όπως κατασκευές, συντήρηση, αντικατάσταση χαλασμένων ή και αναλώσιμων μονάδων, ανεφοδιασμό, επιθεώρηση και αποκατάσταση. Για να απαλλάξει τους αστροναύτες από τις επικίνδυνες εργασίες έξω από τα διαστημικά οχήματα, να βελτιώσει την απόδοση των εργασιών αυτών, αλλά και να διευρύνει το εύρος των δυνατών εργασιών, η διεθνής επιστημονική κοινότητα έχει εστιάσει το ενδιαφέρον της στην έρευνα και υλοποίηση αυτόνομων, ρομποτικών «υπηρεσιών εξυπηρέτησης». Παρότι σημαντικές εργασίες, όπως η κατασκευές σε τροχιά ή η διαχείριση των τροχιακών απορριμμάτων, περιλαμβάνουν την διαχείριση και μετακίνηση παθητικών σωμάτων, εντούτοις αυτός καθαυτός ο έλεγχος και η μετακίνηση ενός παθητικού σώματος από ένα πλήθος ρομπότ-εξυπηρέτησης με βραχίονες και ελεύθερες βάσεις με προωθητήρες, δεν έχει μελετηθεί αρκετά, και πολλά προβλήματα στο πεδίο αυτό είναι ακόμα ανοιχτά.Ο τροχιακός έλεγχος και μετακίνηση παθητικού αντικειμένου έχει πολλές ομοιότητες με τον συνεργατικό χειρισμό παθητικού σώματος στη Γη, με τις επιπρόσθετες επιπλοκές ότι στο διάστημα δεν υπάρχει κάποιο σταθερό έδαφος στο το οποίο να πατάει ο βραχίονας χειρισμού, οπότε οι διαταραχές σε ορμή και στροφορμή παίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο σε τέτοια συστήματα καθώς και ότι οι προωθητήρες τροχιακών (και γενικά διαστημικών) συστημάτων είναι on-off τύπου. Για να προστατευτούν οι προωθητήρες από τις ακραίες συνθήκες που επικρατούν στο διάστημα, αναλογικοί προωθητήρες ή τύπου Διαμόρφωσης Εύρους Παλμού (PWM), δεν χρησιμοποιούνται στο διάστημα, μειώνοντας τις δυνατότητες ελέγχου όταν χρησιμοποιούνται μόνο προωθητήρες για την εφαρμογή δυνάμεων.Στην εργασία αυτή, παρουσιάζεται και μελετάται η εισαγωγή ενός αριθμού ρομπότ ελεύθερης βάσης, με βραχίονες και προωθητήρες, όπου ταυτόχρονα χρησιμοποιούνται τόσο οι on-off δυνάμεις των προωθητήρων, όσο και οι αναλογικές δυνάμεις/ροπές από τους βραχίονες, κατά την διάρκεια συνεργατικού χειρισμού παθητικού σώματος στο διάστημα.Επίσης παρουσιάζεται ο σχεδιασμός ενός ελεγκτή για τους βραχίονες των ρομπότ-εξυπηρέτησης με προωθητήρες, ο οποίος οδηγεί σε ευσταθή χειρισμό του παθητικού σώματος, σε περιπτώσεις παρακολούθησης επιθυμητής τροχιάς (trajectory tracking). Παράλληλα παρουσιάζεται και ο σχεδιασμός ελεγκτή για τις βάσεις των ρομπότ-εξυπηρέτησης με προωθητήρες, ο οποίος τα υποχρεώνει να κινούνται μέσα στο χώρο εργασίας (workspace) των βραχιόνων τους, υπό της επήρεια των δυνάμεων/ροπών αντίδρασης από τους ίδιους τους βραχίονες.Τέλος, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός ενός αλγορίθμου βελτιστοποίησης δύο επιπέδων, ο οποίος επιτρέπει i) την βέλτιστη επιλογή σημείων επαφής ανάμεσα στα άκρα εργασίας των βραχιόνων των ρομπότ-εξυπηρέτησης και το παθητικό σώμα (και για τις δύο περιπτώσεις επαφής που μελετώνται) και ii) τον διαμοιρασμό της επιθυμητής για το παθητικό σώμα δύναμης/ροπής (force distribution), έτσι ώστε αυτή να μπορεί να εφαρμοστεί από τα άκρα εργασίας των βραχιόνων των ρομπότ.

show abstract

Attitude stabilization with actuators subject to switching restrictions: an approach via exact relay control methods

Cited by 10 publications

References 8 publications

On-orbit cooperating space robotic servicers handling a passive object

On-orbit cooperating space robotic servicers handling a passive object

Predictive Control of Linear Systems with Switched Actuators Subject to Dwell-Time Constraints

Motion planning and control of cooperating robotic systems in orbit

Contact Info

Product

Resources

About