Явные законы настройки силовых гироскопических комплексов кратных схем в задачах управления ориентацией космического аппарата
| Ефименко, НВ |
| Косм. наука технол. 2019, 25 ;(1):27-37 |
| https://doi.org/10.15407/knit2019.01.027 |
| Язык публикации: Русский |
Аннотация: В настоящее время наиболее эффективным способом получения данных о поверхности Земли является спутниковая съемка. При этом для получения высококачественных изображений земной поверхности спутник должен быть ориентирован в пространстве с очень высокой точностью. Требуемая точность ориентации составляет 2…5′, а погрешность стабилизации по угловой скорости, в зависимости от пространственного разрешения, должна быть не хуже 10-3…10-4 °/c. Кроме того, к таким аппаратам предъявляются высокие требования к динамическим характеристикам пространственных разворотов во время съемки. Разворот должен происходить из любого текущего в любое заданное положение. Угловые скорости во время разворота могут достигать величины 2…3 °/c. Для обеспечения таких высоких динамических характеристик спутников в их системах ориентации в качестве исполнительных органов используются, как правило, силовые гироскопические комплексы (СГК), представляющие собой избыточную (более трех) систему двухстепенных силовых гироскопов (гиродинов).
Рассмотрена задача пространственной переориентации космического аппарата при помощи СГК. Предложен алгоритм управления СГК, обеспечивающий заданную ориентацию космического аппарата и оптимальную конфигурацию гиродинов. В основу предлагаемого алгоритма положены явные законы настройки СГК, представляющие собой нелинейные алгебраические уравнения относительно параметров настройки. В отличие от известных работ доказано, что нелинейные алгебраические уравнения, лежащие в основе явных законов настройки, представляют собой сжимающее отображение, и для нахождения параметров настройки из этих уравнений можно использовать метод простой итерации. В вычислительном отношении метод является очень простым и допускает использование в бортовых алгоритмах. Приведены результаты численного моделирования предложенных алгоритмов.
|
| Ключевые слова: гиродин, космический аппарат, управление ориентацией |
References:
1. Bakhvalov N. S. Numerical methods / Bakhvalov N. S., Zhidkov N. P., Kobelkov G. M. – 6th ed. M.: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2008. 636 p. [in Russian].
2. Vasiliev V. N. Control of a system of two-stage power gyroscopes with parallel precession axes. Izv. Academy of Sciences of the USSR. Solid mechanics. N 3. 14—20 (1982) [in Russian].
3. Vasiliev V. N. Optimization of setting the minimum redundant system of girodins. Izv. RAS. Solid mechanics. N 4. 3—10 (1999) [in Russian].
4. Vasiliev V. N. Controlling the angular position of a longterm orbital station with the help of two-degree power gyroscopes. In: V. N. Vasiliev, D. M. Weinberg, N. N. Sheremetyevsky. Izv. Academy of Sciences of the USSR. Solid mechanics. N 5. 3—9 (1978) [in Russian].
5. Efimenko N. V. Synthesis of control algorithms for spatial reorientation of a spacecraft using dynamic equations of the rotational motion of a rigid body in the Rodrig - Hamilton parameters. Control problems and informatics. N 3. 145—155 (2015) [in Russian].
6. Karpachev Yu. A. Equal-modular program-frequency control of the minimally redundant structure of two-degree power gyroscopes. Izv. Acadamy of Science USSR. Solid mechanics. N 2. 3—10 (1986) [in Russian].
7. Legostaev V. P. The scope of power gyrosystems / V. P. Legostaev, E. N. Turner. Space Research. Vol. 28, N 3. 352—359 (1990) [in Russian].
8. Somov E. I. Dynamics of control spacecraft for earth view the power gyrosystems. Gyroscopy and navigation. N 4 (39). 54—55 (2002) [in Russian].
9. Somov E. I. Optimization of the rotational maneuver and synthesis of the laws of governance of power gyrosystems guidance of spacecraft and free-flying robots. Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Vol. 9, N 3. 824—834 (2007) [in Russian].
10. Somov E. I. Topological analysis of singular states and the synthesis of explicit laws for tuning power gyroscopic complexes of multiple schemes. Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Vol. 11, N 3. 132—140 (2009) [in Russian].
11. Somov E. I. Synthesis of a gyrosil system of spatial stabilization based on Lyapunov vector functions and parametric optimization / E. I. Somov, E. A. Bondarenko, N. B. Kapitonova. Problems of Analytical Mechanics, Stability and Motion Control. 257—264 (Novosibirsk: Nauka, 1991) [in Russian].
12. Somov E. I. et al. Explicit logical-dynamic law of control the minimum redundant system of gyrodynes for a maneuvering spacecraft / E. I. Somov, S. A. Butyrin. Traffic control and aircraft navigation. 179—184 (Samara: SSAU, 2002) [in Russian]. 13. Somov E. I. Control the power gyrocomplexes spacecrafts.Proceedings of the X St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. 278—294 (SPb., 2003) [in Russian].
14. Somov E. I. et al. Assessment of the feasibility of a spacecraft turning maneuver with uncertainty of the accumulated kinetic moment of a force gyro complex. Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Vol. 10, N 3. 799— 807 (2008) [in Russian].
15. Sorokin A. V. et al. Comparative analysis power gyroscopic complexes of high-dynamic spacecraft. Proceedings of the X St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. 272—277 (SPb., 2003) [in Russian].
16. Tokar E. N. Criterion for setting up power gyro systems. Space research. Vol. 18, N 3. 77—82 (1980) [in Russian].
17. Avanzini G., Radice G., Ali I. Potential approach for constrained autonomous maneuvers of a spacecraft equipped with a cluster of control moment gyroscopes. Journal of Aerospace Engineering. Vol. 223, N 3. 285—296 (2009).
18. Crenshaw J. W. 2-Speed, a single gimbal control moment gyro attitude control system. AIAA Paper. N 73-895. 1—10. (1973).
19. Leeghim H., Bang H., Jong-Oh Park. Singularity avoidance of control moment gyros by one-step ahead singularity index. Acta Astronautica. Vol. 64, N 9/10. 935—945 (2009).