Выбор структуры системы программного регулирования развёртывания орбитальной тросовой системы с ограничением скорости выпуска троса
Автор: Ишков Сергей Алексеевич, Филиппов Григорий Александрович, Сяое Сюй, Майдан Камшат Мейрбеккызы
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 4-6 т.18, 2016 года.
Бесплатный доступ
Решается задача управления развёртыванием орбитальной тросовой системы относительно номинальной траектории. Рассматривается задача выбора структуры системы программного регулирования развёртыванием орбитальной тросовой системы, задача выбора коэффициентов усиления в каналах обратных связей. Для синтеза системы программного регулирования используется классическая теория автоматического управления. В качестве номинальной траектории рассматривается оптимальная (релейная) программа управления и программа управления развёртыванием орбитальной тросовой системы с ограничением скорости выпуска троса. Номинальная программа управления сформирована в допущении, что трос не имеет массы. Номинальное управление развёртыванием осуществляется путём регулирования величины силы натяжения троса. Для формирования структуры системы программного регулирования выполнена линеаризация уравнений развёртывания орбитальной тросовой системы. Управление относительно номинальной траектории осуществляется по отклонению параметров развёртывания орбитальной тросовой системы от их номинальных значений - длины троса и скорости его выпуска. Управление по углу отклонения спускаемого космического аппарата от линии местной вертикали и скорости изменения этого угла (угловой скорости) не рассматривается, так как эти параметры не доступны для измерения. Приведение отклонённой траектории развёртывания к номинальной осуществляется путём изменения программной силы натяжения троса. Коррекция силы натяжения троса осуществляется согласно пропорциональному закону управления. Величины коэффициентов усиления в каналах обратных связей оптимизированы по улучшенной интегральной оценке. В качестве возмущающего фактора, отклоняющего траекторию развёртывания орбитальной тросовой системы от номинальной, рассматривается влияние массы троса на процесс развёртывания. Проведённое численное моделирование развёртывания орбитальной тросовой системы с обратной связью показало, что рассматриваемая система программного регулирования позволяет привести длину троса и скорость его выпуска к своим номинальным значениям без ошибок. Ошибка регулирования угла отклонения спускаемого космического аппарата от линии местной вертикали сначала держится на нулевом уровне, а затем монотонно увеличивается, при этом угловая скорость колеблется относительно номинальной зависимости. Введение ограничения скорости выпуска троса улучшает процесс управления. Величина ошибки регулирования угла отклонения спускаемого космического аппарата от линии местной вертикали и амплитуда колебаний угловой скорости уменьшаются.
Орбитальная тросовая система, номинальная программа управления, внешнее возмущение, масса троса, система программного регулирования
Короткий адрес: https://sciup.org/148204836
IDR: 148204836 | УДК: 629.78
Determine of program control system structure for orbital tether system deployment with limitation to tether deployment velocity
The problem of programmatic orbital tether system deployment is studied. The problem of program control system structure for programmatic orbital tether system deployment, the problem of gain value in feedback path optimization is considered. The classical automatic control theory is used. Optimal (relay) and control program of orbital tether system deployment with limitations to tether velocity are considered as nominal programs. Nominal control program was formatted in assumption, that tether is weightless. Nominal control program is carried out by tether tension regulation. For program control system formation, the linearization of orbital tether systems deployment differential equations is carried out. Principe of control above nominal trajectory is deviation control between real parameter and it’s nominal value. Controlled parameters are tether length and it’s velocity. Control by parameters angle between descent spacecraft and local vertical line and angular velocity are not implement, since this parameters is not available for measurement. A reduction of perturbed trajectory to nominal is carried out by reduction of nominal tether tension. Correction of tether tension is carried out in accordance with proportional control law. Values of gains in feedback path are optimized by integral quadratic criteria. The influence of tether mass is considered as perturbing factor, that deflecting orbital tether trajectory from nominal. Numerical simulation orbital tether system deployment with feedback path show that formed program control system allow to readjust tether length and velocity to its nominal values. Value of control error of angle between descent spacecraft and local vertical line is hold at zero and at some point it increase monotonically. Resulted angular velocity is oscillating quantity. Introduction of limitation to tether velocity improves control process. Control error of angle between descent spacecraft and local vertical line and amplitude of oscillations of angular velocity decrease.
Список литературы Выбор структуры системы программного регулирования развёртывания орбитальной тросовой системы с ограничением скорости выпуска троса
- Белецкий В.В., Левин Е.М. Динамика космических тросовых систем. М.: Наука, 1990.
- Ишков С.А., Наумов С.А. Управление развёртыванием орбитальной тросовой системы///Вестник Самарского университета. 2006. № 1(9). С. 77-85.
- Ишков С.А., Шейников И.В. Определение параметров орбитальной тросовой системы, предназначенной для спуска малых капсул с орбиты//Известия Самарского научного центра РАН. 2009. Т. 11. № 5. С. 208-215.
- Ишков С.А., Сюй Сяое, Филиппов Г.А. Выбор программы управления развёртыванием орбитальной тросовой системы с ограничением на скорость выпуска троса//Вестник Самарского университета. 2015. Т. 14. № 4. С. 49-57.
- Ишков С.А., Филиппов Г.А., Сюй Сяое. Моделирование процессов управления развёртыванием орбитальной тросовой системы с ограничениями на скорость выпуска троса//Вестник Самарского университета. 2016. Т. 15. № 1. С. 64-72.
- Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2007.
- Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2007.
- Заболотнов Ю.М. Управление развёртыванием орбитальной тросовой системы в вертикальное положение с малым грузом//Прикладная математика и механика. 2015. Т. 79. № 1. С. 37-47.
- Заболотнов Ю.М., Лобанков А.А. К задаче об оптимальной стабилизации углового движения малого космического аппарата при развёртывании орбитальной тросовой системы//Вестник Самарского университета. 2016. Т. 16. № 1. С. 46-54.
- Дон Чже, Заболотнов Ю.М., Чан Цин Ван. Анализ устойчивости движения развёртываемой космической тросовой системы с атмосферным зондом//Вестник Самарского университета. 2016. Т. 15. № 2. С. 102-113.
