Явні закони настройки силових гіроскопічних комплексів кратних схем у задачах керування орієнтацією космічного апарата
| Єфименко, МВ |
| Косм. наука технол. 2019, 25 ;(1):27-37 |
| https://doi.org/10.15407/knit2019.01.027 |
| Мова публікації: Російська |
Анотація: У даний час найбільш ефективним способом отримання даних про поверхню Землі є супутникова зйомка. При цьому для отримання високоякісних зображень земної поверхні супутник повинен бути орієнтований у просторі з дуже високою точністю. Необхідна точність орієнтації становить 2…5′, а похибка стабілізації по кутовій швидкості, в залежності від просторового розділення, повинна бути не гіршою за 10-3…10-4 °/c. Крім того, для таких апаратів пред’являються високі вимоги до динамічних характеристик просторових розворотів під час зйомки. Розворот повинен відбуватися з будь-якого поточного в будь-яке задане становище. Кутові швидкості під час розвороту можуть досягати величини 2…3 °/c. Для забезпечення таких високих динамічних характеристик супутників в їхніх системах орієнтації як виконавчі органи використовуються, як правило, силові гіроскопічні комплекси (СГК), які є надлишковою (більше трьох) системою двоступеневих силових гіроскопів (гіродинів).
Розглянуто задачу просторової переорієнтації космічного апарата за допомогою СГК. Запропоновано алгоритм керування СГК, що забезпечує задану орієнтацію космічного апарата і оптимальну конфігурацію гіродинів. В основу запропонованого алгоритму покладено явні закони настройки СГК, що є нелінійними алгебраїчними рівняннями відносно параметрів настройки СГК. На відміну від відомих робіт доведено, що нелінійні алгебраїчні рівняння, що лежать в основі явних законів настройки СГК, являють собою стискне відображення, і для визначення параметрів настройки з цих рівнянь можна використовувати метод простої ітерації. В обчислювальному відношенні метод є дуже простим і допускає застосування у бортових алгоритмах. Наведено результати чисельного моделювання запропонованого алгоритму.
|
| Ключові слова: гіродин, керування орієнтацією космічного апарата, космічний апарат |
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).