Диссертация (Управление движением космического аппарата, совершающего мягкую посадку на Луну по схеме с зависаниями), страница 15

5.1):- системы наведения (СН), обеспечивающей управление движениемцентра масс КА путем изменения величины и направления тяги двигателяторможения;-системыобеспечивающейуправленияуправлениеориентациейугловымистабилизациидвижениемКА,в(СУОС),томчисленаправлением тяги ДТ;- навигационной системы (НС), обеспечивающей получение информациио текущих параметрах движения КА, используемой в двух других подсистемах.Рис. 5.1.

Функциональная схема замкнутой СУ движением КА(1) Информация об управляемых силах и моментах; (2) Оценки переменныхсостояния КА.109Точность исполнения программ управления движением КА с помощьюСУ зависит от следующих основных факторов:- структуры и параметров подсистем СУ, в том числе массовоинерционных характеристик КА как объекта управления, динамическихсвойств исполнительных устройств СУ, управляющих величиной тяги ДТ иориентацией КА в пространстве, регуляторов СН и СУОС, измерительныхустройств и алгоритма функционирования НС;- внешних возмущений, действующих на сам КА и измерительныеустройства НС в полете, в том числе отклонение фактической силы тяжести,действующей на КА, от ее значения, использовавшегося при формированиипрограмм управления движением КА;- ошибок измерительных приборов НС;- методических ошибок расчета команд управления в регуляторах СН иСУОС, а также погрешностей решения задачи навигации в НС и других.В работах [30, 31] проведен достаточно детальный анализ влиянияразличных источников ошибок в работе СУ КА из числа перечисленных выше,указаны типовые значения числовых характеристик различных типов ивыявлена относительная значимость этих ошибок.В данной главе рассматриваются вопросы реализации управляемогодвижения КА при МП с помощью замкнутой СУ.

Рассмотрение этих вопросовпозволяет оценить предварительно конечную точность реализации МП сучетомошибокНСидругихвозмущений,втомчислеугловогоэксцентриситета тяги ДТ, нецентральности гравитационного поля Луны,обусловленного масконами.5.2.

Регуляторы наведения и управления5.2.1. Регулятор наведенияЧтобы КА двигался в соответствии с номинальной программой, СУ КАдолжна активно подавлять (компенсировать) возмущающие воздействия,действующие на аппарат в полете. Поэтому требуемое ускорение КА,110вычисляемое в регуляторе системы наведения (СН), состоит из трех ускорений:программногокажущегосяускорения;ускорения,компенсирующеговозмущения, являющиеся случайными величинами, значения которых оценены(идентифицированы) навигационной системой, ускорения обратной связи:a ,ДУ  t   a ,ДУ, prog  t   gˆ  t   a ,PD  v  ,ar ,ДУ  t   ar ,ДУ, prog  t   gˆ r  t   ar ,PD  h, vr  ,aДУ  t   a ,ДУ 2  ar ,ДУ 2 ,aДУ  t   arccot  r ,ДУ  ,a  ,ДУ где: a ,ДУ, prog  t  , ar ,ДУ, prog  t  – программные тангенциальное и радиальноекажущиеся ускорения, которые должны быть созданы ДТ;a ,D  l  t  , v  t    P  l  t   D  v  t  – требуемое дополнительноетангенциальное ускорение, компенсирующее ошибки по дальности и поскорости.

В данной работе ограничение по дальности не рассматривается,поскольку фактическая точка посадки выбирается и уточняется при зависаниях;ar ,PD  h  t  , vr  t    Pr  h  t   Dr  vr  t  – требуемое дополнительноерадиальноеускорение,номинальныхзначений,регуляторовСНотклонения h и vr откомпенсирующеевформируемыхработерегуляторомрассматривалисьСН.Вихкачествепропорционально-дифференциальные регуляторы, т.е. регуляторы типа PD, с параметрамиP , D ; Ph , Dh .В результате решения задачи синтеза регуляторов были определеныследующие их значения: Pr  P  1, Dr  D  0.25 .gˆ  t  , gˆ r  t  – оценки тангенциальной и радиальной составляющихгравитационного возмущения, т.е. отклонения фактического гравитационногоускорения,действующегонаКА,отегомодельногозначения,рассматривавшегося при формировании программы управления вектором тягиКА;111l  t   l prog  t   lˆ  t –разностьмеждупрограммнымзначениемдальности и ее значением, получаемой с помощью НС;h  t   h prog  t   hˆr  t  – разность между программным значением высотыи ее значением, получаемой с помощью НС;vr  t   vr , prog  t   vˆr  t  – разность программным значением радиальнойсоставляющей скорости и ее оценкой, получаемой с помощью НС;v  t   v , programme  t   vˆ  t  – разность между программным значениемтангенциальной составляющей скорости и ее значением, получаемым спомощью НС;При реализации ЭОТ ограничение по дальности движения КА нерассматривалось,посколькуприпервомзависаниипредусматриваетсясканирование рельефа поверхности и возможен выбор нового места посадки.Поэтому на ЭОТ отклонение l  t  в законе наведения не учитывается.В целях безопасности угол тангажа к местному горизонту всегда долженбыть положительным, т.е.

ДУ   0,180  . Иными словами, с момента началаЭОТ тяга ДТ должна быть направлена вверх.5.2.2. Регуляторы вектора тяги на ЭОТРегуляторынаведениярегулируетвеличину(т.е.реализуютдросселирование) тяги двигателя и угол тангажа, обеспечивая созданиетекущеговектораускоренияКАвсоответствиисеготребуемым(программным) значением.Регулятор дросселирования тяги ДТ формирует команды управлениятребуемым кажущимся ускорением ЛА в соответствии с соотношениями:  t    prog  t   ˆ   PD  , ; ˆp ,pt aДУ  t aДУ,max,112где: PD   t  ,   t  ; ˆp  Pz    t   ˆp  Dz    t –требуемоедополнительное угловое ускорение.

В данной работе для его формированиябыл использован PD-регулятор. Предварительно были выбраны следующиезначения параметров регулятора: Pz  0.6, Dz  0.09 ;ˆ  t  – разность между требуемым значением угла  t   ДУ  t   тангажа, определяющим требуемое (программное) направление вектора тяги,формируемым регулятором наведения, и оценкой этого угла, получаемой из НС;ˆp – оценка углового эксцентриситета тяги;̂ – оценка углового возмущения, возникающего на активных участкахиз-за линейного эксцентриситета тяги;  t    programme  t   ˆ  t  – разность между программным значениемугловой скорости и ее значением, получаемой с помощью НС;aДУ,max n0  g earth– максимальное кажущееся ускорение, создаваемое ДТ;ˆ  t n0 – начальная тяговооруженность;ˆ  t  – оценка текущей относительной массы, вычисленная с помощьюНС.Регулятор управления углом тангажа генерирует команды с учетомследующие факторов:- угловой ошибки установки двигателя, оцениваемой НС;- возмущающего углового ускорения;- угловой ошибки между программным значением вектора ускорения иего значением, формируемым СН, т.е.

реализуется обратная связь;- ошибки в угловой скорости как разности между номинальнымзначением угловой скорости и ее оценкой, формируемой в НС.Необходимо отметить, что НС и СУОС работают вдоль всей траекториидвижения КА, а СН и регулятор дросселирования тяги ДТ включаются толькона активных участках.1135.3. Регуляторы СУ на других этапахРегуляторы на других этапах МП были близки по характеристикам крегуляторам, используемым на КА «Чанъэ-3».5.3.1. Переход на промежуточную орбитуПри указанных значениях параметров начальной и переходной орбитполучаем v  19.4 м/с (согласно пункту 2.4.2).В начале перехода тяга должна быть направлена против вектора скоростиКА. При переходе дросселирование не должно быть максимальным, чтобысохраняласьвозможностьрегулированиятяги.Придросселировании,составляющем 2/3 от максимальной тяги, ДТ создает кажущееся ускорение 2.4м/с2.

Для создания указанного значения v с учетом длительностей включенияи выключения ДТ он должен работать в течение 8.14 с.К моменту начала ЭОТ КА должен быть повернут на угол тангажа =183.2° относительно ИСК с помощью регуляторов СН и СУОС КА.5.3.2. ЗависанияНа этапах зависания (этапы 4 и 6 в табл. 1.5) сила тяги ДТ, задаваемая СН,должна быть направлена против силы тяжести, и модули этих двух сил должныбыть равны друг другу, т.е.aДУ   gl .5.3.3. Этап медленного управляемого спуска (ЭМУС)На этапе медленного управляемого спуска (ЭМУС), т.е.

на этапе 7 в табл.1.5, КА медленно снижается к точке посадки на высоте 4 м над поверхностьюЛуны.Точкаокончательноевыбранаместопривысокоточномпосадки.Процедурасканированииформированиярельефакакпрограммыуправления на этом этапе соответствует описанной выше в главе 3 для ЭУС.На ЭМУС ускорение и скорость должны быть ограничены. Например,суммарное ускорение не должно превышать 0.5 м/с2, а скорость – 7 м/с.

Еслиокончательно выбранная точка посадки находится строго под точкой второго114зависания, то КА поддерживает вертикальную ориентацию, а двигатель создаеткажущееся ускорение, составляющее a1  g l  0.5  1.125 м / с 2 в течение 13.86с,азатемa2  gl  0.5  2.125 м / с 2домомента27.71с.Изменениевертикальной скорости по времени приведено ниже на рис. 5.25.5.4. Общая имитационная модель СУВ соответствии с материалами, изложенными в предшествующих главах,а также выше в данной главе, были разработаны имитационная модельфункционирования замкнутой системы управления движением КА в плоскостиспуска и реализующая эту модель вычислительная программа.Формирование программы и проведение расчетов осуществлялись сучетом следующей информации.1.