НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o178.Pdf (1794.63Кб)

УДК 629.78

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Рассматриваются актуальные вопросы построения релейных систем управления ориен-тацией и стабилизации космических аппаратов (КА) без использования датчиков угловой скорости (ДУС) за счёт применения внутренней обратной связи (ВОС). Трудности исследо-вания этой системы точными методами, например методом точечных отображений, связанны с необходимостью решать трансцендентные уравнения, содержащие параметры и объекта управления, и ВОС. Предложен метод «диаграммы совмещений» (ДС), основанный на топологических преобразованиях фазового пространства и введении относительного времени, позволяющий эффективно решать инженерные задачи анализа и синтеза.
Концепция метода основана на утверждении: между качеством динамических режимов в системе управления и характеристиками переходной функции ВОС существует однозначная зависимость. Для обоснования метода применяется упрощенная математическая модель. Принимаются условия: возмущениями можно пренебречь, сигнал ВОС в моменты включения управляющих воздействий равны нулю. К фазовым поверхностям применяются топологические преобразования симметрии, совмещения и проецирования на плоскость, у которой одна из координат – относительное время.
Даны конкретные примеры системы с апериодической обратной связью (АОС) для двух вариантов параметров, удовлетворяющих требованиям: I – по качеству режима автоколеба-ний (по длительности импульса в предельном цикле);  II – по качеству переходного процесса (отсутствие скользящих режимов). Показано, что требования I и II для системы с АОС противоречивы, а скользящие режимы – недопустимы.
Применением ДС можно синтезировать ВОС, не противоречиво удовлетворяя требова-ниям как установившихся, так и переходных процессов. При помощи ВОС на ДС можно реализовать законы выключения управляющего воздействия без ДУС такие же, как в и случае, если бы использовался ДУС. Неудовлетворительные по качеству переходные процессы в скользящем режиме могут быть полностью исключены надлежащим выбором формы и параметров переходной функции ВОС.
Достоинства метода заключаются в особенностях топологической структуры ДС, на ко-торой параметры объекта и параметры ВОС представлены разделено. Характер переходного процесса и его качественные характеристики определяются видом и параметрами криволи-нейной лестницы на ДС, сжимающейся в предельный цикл. Наличие бинарного поля криво-линейных координат создаёт удобство при геометрических построениях. ДС при аналитиче-ском решении задач анализа и синтеза ВОС представляет также большую ценность.

1. Симоньянц Р.П. Расчёт и проектирование систем стабилизации (Релейные системы с внутренней обратной связью): учеб. пособие по курсу «Динамика движения и системы управления», под ред. И.М. Шумилова. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1988. 41с.
2. Севастьянов Н.Н. Построение режимов ориентации без датчиков угловой скорости на СС «Ямал-200» // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 3 (23). С. 104-110.
3. Севастьянов Н.Н. Повышение точности режима инерциального управления «Прогноз» // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 6 (26). С. 88-95.
4. Сумароков А.В. Резервные режимы ориентации спутников связи серии "Ямал" с использованием наземных радиоизмерений: дис. … канд. физ.-мат. наук. М., МФТИ, 2008. 115 с.
5. Рагазин Д.А. Анализ и синтез самонастраивающихся систем управления с переменным гистерезисом: автореф. дис. … канд. техн. наук. Самара, СГТУ, 2011. 19 с.
6. Симоньянц Р.П., Аверьянов П.В. Методы исследования релейной системы стабилизации космического аппарата с внутренней обратной связью // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2013. № 2. С. 113-128.
7. Попов М.В. Использование комбинированной обратной связи в системе стабилизации ИСЗ // Механика космического полета: сб.статей / под ред. В.В. Добронравова. М.: Машиностроение, 1969. С. 204-211.
8. Попов М.В. Использование апериодической обратной связи в системе стабилизации ИСЗ // Механика космического полета: сб. статей / под ред. В.В. Добронравова. М.: Машиностроение, 1969. С. 194-204.
9. Фролов А.Ф. Исследование нелинейной системы одного типа методом точечных преобразований //Автоматика и телемеханика. 1971. № 2. С.15-23.
10. Фролов А.Ф. Динамика релейной системы с апериодической обратной связью, охватывающей релейный элемент //Автоматика и телемеханика. 1972. № 8. С. 59-69.
11. Самойлов В.Е., Ильин И.П. Исследование релейной системы с апериодической обратной связью // Методы синтеза нелинейных систем автоматического управления / под ред. С.М. Федорова. М.: Машиностроение, 1970. С. 355-388.
12. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М.: Наука, 1967. 336 с.
13. Симоньянц Р.П., Будыка С.М. Компьютерная модель нелинейной динамики угловой стабилизации космического аппарата // Всероссийская научно-техническая конференция «Аэрокосмические технологии»: тр. / под ред. Р.П. Симоньянца. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. С. 197-204.
14. Нелепин Р.А. Метод точечных отображений // Методы исследования нелинейных систем автоматического управления. М.: Наука, 1975. С. 25-65.
15. Симоньянц Р.П. К вопросу алгоритмического обеспечения исследований релейных динамических систем // Вторая Международная научно-техническая конференция «Аэрокосмические технологии» (Реутов-Москва, 19-20 мая 2009 г.): тр. / под ред. Р.П. Симоньянца. Том 2. М.: ОАО «ВПК «НПО машиностроения»; МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. С. 65-91.
16. Agrawal B.N., Mcclelland R.S., Song G. Attitude control of flexible spacecraft using pulse-width pulse-frequency modulated thrusters // Space Technol. 1997. Vol. 17, no. 1. P. 15-34.
17. Bernelli-Zaiczera F., Mantegazza P., Nurzia V. Multi pulse-width modulated control of linear systems // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 1998. Vol. 21, no. 1. P. 64-70.
18. Song G., Agrawal B.N. Vibration reduction for flexible spacecraft attitude control using pwpf modulator and smart structures // Proceedings. 1999 IEEE Aerospace Conference. Vol. 2. IEEE, 1999. P. 161-172. DOI: 10.1109/AERO.1999.793157
19. Qing-lei Hu, Guang-fu Ma. Flexible spacecraft vibration suppression using PWPF maneuver input component command and sliding mode control // Asian Journal of Control. 2007. Vol. 9, iss. 1. P. 20-29.
20. Xingyuan Xu, Yuanli Cai. Pulse-Width Pulse-Frequency Based Optimal Controller Design for Kinetic Kill Vehicle Attitude Tracking Control // Applied Mathematics. 2011. Vol. 2. P. 565-574. DOI:10.4236/am.2011.25075
21. Ehsan Chegeni, Mehdi Zandieh, Javad Ebrahimi. Attitude Control of Satellite with Pulse-Width Pulse- Frequency (PWPF) Modulator Using Generalized Incremental Predictive Control // Majlesi Journal of Electrical Engineering. 2014. Vol . 8, no . 3. P . 25-31.
22. Сомов С.Е. Экономная разгрузка силового гироскопического комплекса системы ориентации спутника при широтно-импульсном управлении с запаздыванием // Труды XII Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2014) (Москва, 16-19 июня 2014 г.). М.: ИПУ РАН, 2014. С. 3475-3488.