Оптимальное раскрытие спиц крупногабаритного трансформируемого рефлектора по иерархии критериев
Автор: С.А. Кабанов, Д.С. Кабанов
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 4, 2021 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается процесс управления угловым движением спицы крупногабаритного рефлектора космического базирования с учетом изгибных колебаний. В настоящее время антенны больших размеров активно используются для приема и передачи данных. При выводе больших конструкций в космос возникает задача надежного разведения спиц, так как они уложены в малый объем для возможности установки их в ракете-носителе. Ввиду возможности возникновения различных нештатных ситуаций, таких как заклинивание элементов, зацепление сетеполотна, необходимо выполнять повторное раскрытие антенны. Поэтому важно разработать алгоритмы управления, позволяющие надежно решать задачи прямого и реверсивного движения. В процессе раскрытия и сведения элементов рефлектора появляются различные деформации в конструкции. При сведении спиц антенны поперечные колебания вносят наибольший вклад в колебательный характер переходного процесса. В настоящее время для раскрытия крупногабаритных рефлекторов применяются упруго-деформированные элементы, также используется программа управления. Это не позволяет корректировать управление при изменении условий раскрытия. В работе исследована возможность минимизации колебаний конструкции при ее раскрытии за счет применения алгоритмов оптимального управления в режиме реального времени. Прямое и реверсивное движение элементов антенны производится посредством оптимизации по иерархии из двух критериев. Приведены результаты численного моделирования оптимального поворота спицы рефлектора. Предложенный алгоритм позволяет выбирать оптимальное управление в нештатных ситуациях для различных типов крупногабаритных рефлекторов.
Математическая модель, вращательное движение, моделирование процесса раскрытия спицы, крупногабаритный трансформируемый рефлектор, алгоритм последовательной оптимизации
Короткий адрес: https://sciup.org/14121455
IDR: 14121455 | УДК: 517.977.5-629.783 | DOI: 10.26732/j.st.2021.4.02
Optimal deployment of the spoke of a largesized transformable reflector according to the hierarchy of criteria
The article discusses the process of controlling the angular motion of the spoke of a large-sized space-based reflector, taking into account bending vibrations. Currently, large antennas are actively used for receiving and transmitting data. When launching large structures into space, the problem arises of reliably deployment the spokes, since they are packed in a small volume to be able to be installed in a launch vehicle. Due to the possibility of various abnormal situations, such as jamming of elements, engagement of the net, it is necessary to re-deployment the antenna. Therefore, it is important to develop control algorithms that can reliably solve the problems of direct and reverse motion. In the process of deployment and bringing together the elements of the reflector, various deformations appear in the structure. When the antenna spokes are brought together, lateral oscillations make the largest contribution to the oscillatory of the transient process. Currently, elastically deformed elements are used to deployment large-sized reflectors, and a control program is also used. This prevents the control from being adjusted when the deployment conditions change. The paper investigates the possibility of minimizing the vibrations of a structure during its deployment by using optimal control algorithms in real time. The forward and reverse motion of the antenna elements is performed by means of a two-criteria hierarchy optimization. The results of numerical simulation of the optimal rotation of the reflector spoke are presented. The proposed algorithm allows you to choose the optimal control in emergency situations for various types of large reflectors.
Список литературы Оптимальное раскрытие спиц крупногабаритного трансформируемого рефлектора по иерархии критериев
- Li B., Qi X., Huang H., Xu W. Modeling and analysis of deployment dynamics for a novel ring mechanism // Acta Astronautica. 2016. vol. 120. pp. 59–74.
- Hongjian W., Qiyan H., Min Y., Dehai Zh., Xingchao D., Yang L., Xue Ch. Multi-frequency dual polarisation radiometer common aperture antenna feeding system // IET Microwaves Antennas & Propagation. 2018. vol. 12. no. 11. pp. 1765–1770.
- Siriguleng B., Zhang W., Liu T., Liu Y. Z. Vibration modal experiments and modal interactions of a large space deployable antenna with carbon fiber material and ring-truss structure // Engineering Structures. 2020. vol. 207. pp. 148–153.
- Wang H. J. Multifrequency Spaceborne Deployable Radiometer Antenna Designs // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2020. vol. 35. no 5. pp. 28–35.
- Полянский И. С., Архипов Н. С., Мисюрин С. Ю. О решении проблемы оптимального управления адаптивной многолучевой зеркальной антенной // Автомат. и телемех. 2019. № 1. С. 83–100.
- Yangmin X., Hang S., Alleyne A. G., Yang B. Feedback Shape Control for Deployable Mesh Reflectors Using Gain Scheduling Method // Acta Astronautica. 2016. vol. 121. pp. 241–255.
- Dewalque P., Collette J.-P., Bruls O. Mechanical behaviour of tape springs used in the deployment of reflectors around a solar panel // Acta Astronautica. 2016. vol. 123. pp. 271–282.
- Ramachandran S., Neve M. J., Sowerby K. W. Millimetre wave antenna deployment in a single room environment // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2018. vol. 12. no 15. pp. 2390–2394.
- Rahmat-Samii Ya., Manohar V., Kovitz J. M., Hodges R., Freebury G., Peral E. Development of Highly Constrained 1 m Ka-Band Mesh Deployable Offset Reflector Antenna for Next Generation CubeSat Radars // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2019. vol. 67. no 10. pp. 6254–6266.
- Tserodze S., Prowald J. S., Chkhikvadze K., Nikoladze M., Muchaidze M. Latest modification of the deployable space reflector structure with V-folding bars // CEAS Space Journal: An Official Journal of the Council of European Aerospace Societies. 2020. vol. 12. no. 2. pp. 163–169.
- Space Mechanisms Lessons Learned Study [Электронный ресурс]. URL: https://www1.grc.nasa.gov/research-andengineering/space-mechanisms-project/ (дата обращения: 11.04.2021).
- Kabanov S. A., Mitin F. V. Optimization of the stages of deploying a large-sized space-based reflector // Acta Astronautica. 2020. vol. 176. pp. 717–724.
- Кабанов С. А., Митин Ф. В. Оптимизация процессов раскрытия и создания формы трансформируемого рефлектора космического базирования // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2021. № 2. С. 106–125.
- Кабанов С. А. Управление системами на прогнозирующих моделях. СПб : СПбГУ, 1997. 200 с.
- Кабанов С. А., Зимин Б. А., Митин Ф. В. Разработка и анализ математических моделей раскрытия подвижных частей трансформируемых космических конструкций. Часть I // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 20. № 1. C. 51–64.
- Красовский А. А. Справочник по теории автоматического управления. М. : Наука, 1987. 712 с.
- Малышев В. В., Красильщиков М. Н., Карлов В. И. Оптимизация наблюдения и управления летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1989. 312 с.
