We introduce a new hybrid control strategy, which is conceptually different from the commonly used synergistic hybrid approaches, to efficiently deal with the problem of the undesired equilibria that precludes smooth vectors fields on $SO(3)$ from achieving global stability. The key idea consists in constructing a suitable potential function on $SO(3)\times \mathbb{R}$ involving an auxiliary scalar variable, with flow and jump dynamics, which keeps the state away from the undesired critical points while, at the same time, guarantees a decrease of the potential function over the flows and jumps. Based on this new hybrid mechanism, a hybrid feedback control scheme for the attitude tracking problem on $SO(3)$, endowed with global asymptotic stability and semi-global exponential stability guarantees, is proposed. This control scheme is further improved through a smoothing mechanism that removes the discontinuities in the input torque. The third hybrid control scheme, proposed in this paper, removes the requirement of the angular velocity measurements, while preserving the strong stability guarantees of the first hybrid control scheme. This approach has also been applied to the tracking problem on $SE(3)$ to illustrate its advantages with respect to the existing synergistic hybrid approaches. Finally, some simulation results are presented to illustrate the performance of the proposed hybrid controllers.


翻译:我们引入一个新的混合控制战略,在概念上不同于常用的协同混合方法,以有效解决不理想的平衡问题,使美元SO(3)美元上的平稳矢量字段无法实现全球稳定。关键的想法是,在美元SO(3)\time\mathbb{R}$上建立一个合适的潜在功能,涉及一个辅助的螺旋变体,带有流动和跳动动态,使国家远离不理想的临界点,同时保证减少流动和跳动的潜在功能。根据这一新混合机制,针对美元SO(3)美元上的态度跟踪问题的混合反馈控制计划,具有全球无保障稳定性和半全球指数稳定性保证。通过一个消除投入的不连续性的平稳机制,这一控制计划得到进一步改进。本文件提出的第三个混合控制计划取消了对角速度测量的要求,同时保持了第一个混合控制计划强有力的稳定性保证。这一办法还适用于对美元SO(3)美元上的态度跟踪问题的一种混合反馈控制计划,即以目前对美元/SE(美元)的汇率追踪方法,从而说明其目前运行结果的模拟优势。

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