Диссертация (Управление движением космического аппарата, совершающего мягкую посадку на Луну по схеме с зависаниями), страница 16

Граничные условия задавались согласно п. 1.6;2. Проектные параметры КА задавались согласно п. 2.7;3. Номинальные программы управления углом тангажа и дросселированиемтяги на ЭОТ задавались согласно п. 2.7;4. Номинальные программы управления углом тангажа и дросселированиемна ЭУС задавались согласно п. 3.7;5. Системы координат и уравнения перехода между ними задавалисьсогласно п. 4.2;6. Модель динамики КА задавалась согласно п.

3.2;7. Модель движения КА для решения задачи навигации задавалась согласноп. 4.2;8. Модель возмущений задавалась согласно п. 4.3;9. Модель измерений задавалась согласно п. 4.4;10. Модель навигационной системы задавалась согласно п. 4.7;11. Работа замкнутой СУ моделировалась согласно п. 5.1;12. Работа регуляторов СУ моделировалась согласно п.

5.2.Первому включению ДТ для перехода на эллиптическую орбитупредшествует этап 0 ожидания на круговой орбите заданной длительности1151542.3 с (движение КА начинается с полуоси x+ ИСК, т.е.  0  90 , рис. 5.2). Наданном этапе уже работают НС и СУОС. Предполагается, что к моменту началаданного этапа начальная выставка навигационной системы уже закончена.5.5. Численные результатыЦиклограмма всего процесса МП приведена в табл. 5.1.

В моментконтакта с поверхностью Луны радиальная скорость КА составила 3.89 м/с итангенциальной – 0.077 м/с.Таблица 5.1Элементы циклограммы реализации МП, рассчитанной в численном примереМомент начала этапаДлительностьЭтапНазвание этапа(сек)этапа (сек)0Ожидание на круговой орбите 01542.3163Переход на эллиптическую11542.31638.1398орбитуПассивное движение и1550.45613411.34392ориентация3Основное торможение4961.8390.86254Первое зависание5352.662530.00635Управляемый спуск5382.668794.03136Второе зависание5476.730.02177Медленный спуск5506.721727.8568Короткое зависание и5534.57845.08выключение ДУ9Прилунение5539. 57842.4382На рис. 5.2 – 5.25 приведены графики, иллюстрирующие процессфункционирования замкнутой системы, рассчитанные при предельных (+ 3 )отклонениях возмущений, являющихся случайными величинами, при трехвариантах реализации программ управления:1) номинальная программа;2) программа, реализуемая в разомкнутой системе в присутствиислучайных ошибок;1163) программа, исполненная в управляемом движении с помощьюзамкнутой СУ.Реальная бортовая СУ работает с постоянным малым шагом, но дляанализа ее эффективности методом имитационного моделирования с цельюэкономии компьютерного времени моделирование проводилось с переменнымшагом (рис.

5.4).На рис. 5.5 – рис. 5.9 приведены результаты решения задач навигации инаведения на ЭОТ применительно к номинальному (программному) движениюКА, в разомкнутой и в замкнутой СУ. В разомкнутой системе КА падает наЛуну и ЭОТ не завершается.Моделирования движения КА при действии случайных возмущенийметодом уравнения моментов ([3]) было установлено, что с.к.о. высоты вмомент окончания ЭОТ составляет около 2.53 км, т.е. управление КА поразомкнутой схеме не обеспечивает мягкую посадку. Это указывает нанеобходимость использования замкнутой СУ движением КА.Графики в программном движении и реализуемые в управляемомдвижении с помощью замкнутой СУ практически совпадают, благодаряэффективной работе НС (рис.

5.10 – рис. 5.12) и регуляторов (рис. 5.13 – рис.5.25). Если при втором зависании было выбрано место посадки, горизонтальноесмещение которого от точки зависания составляет -3 м (рис. 5.22), то на этапемедленного управляемого спуска СУ обеспечивает смещение КА в эту точку,посколькусмещениедостаточномало,иформированиеноминальнойпрограммы управления смещением не требуется.Для реализации управляемого движения на всей траектории МП в«худшей» реализации требуется дополнительный запас относительной массытоплива, составляющий 0.00368.

Для КА с массой 15.06 т это составляет 55.23кг, а суммарная масса топлива составляет 7.66 т, что незначительно отличаетсяот ее оценки, полученной при оптимизации проектных параметров в п. 2.7работы.1172000434-91500Управляемый спускМедленный спуск200010001500y, км20-500ht, мКруговая орбитаЭллиптическая орбитаОсновное торможениеПоверхность Луны50051000500-1000-15001-2000-2000-1000250001000300035007 68-9400045005000x, м2000x, кмРис. 5.3.

Траектория МП КА послеЭОТРис. 5.2. Траектория МП КА0.12200000.1ПрограммныйРазомкнутыйУправляемый150000.08hr , мt , с100000.0650000.0400.020010002000300040005000-50006000050100150t, сРис. 5.4. Шаг интегрирования примоделировании30035040020ПрограммныйРазомкнутыйУправляемый160014000-20-40vr , м/с1200v , м/с250Рис. 5.5. Изменение высоты надсредним радиусом Луны на ЭОТ18001000800-60-80600-100400-120200-1400200t, с050100150200250300350400-160t, сРис. 5.6. Изменение тангенциальнойскорости на ЭОТПрограммныйРазомкнутыйУправляемый050100150200250300350400t, сРис.

5.7. Изменение радиальнойскорости на ЭОТ1181800.21700160-0.2150 z , град/с , град-0.4140130120110ПрограммныйРазомкнутыйУправляемый10090-0.6-0.8-1-1.2ПрограммныйРазомкнутыйУправляемый-1.4-1.680050100150200250300350400-1.8t, сРис. 5.8. Изменение угла тангажаотносительно местного горизонта наЭОТ4x 10050100150200250300350400t, сРис. 5.9.

Изменение угловой скоростина ЭОТ-30.15022ИстинныйОценка0.15010p , градgr , м/с20.15-2-40.14990.1498-6ИстинныйОценка-8-1049005000510052005300540055000.14970.149649005600500051005200t, с5300540055005600t, сРис. 5.10. Оценка радиальногогравитационного возмущения длярегулятора наведенияРис. 5.11. Оценка угловогоэксцентриситета тяги для регуляторауправления углом тангажа1ИстинныйОценка0.918000УправлениеНаведениеНавигация160001400012000100000.7hr , мleft ,0.8800060000.640000.5200000.44900500051005200530054005500t, сРис. 5.12. Оценка текущейотносительной массы КА длярегулятора наведения5600-2000050100150200250300350400tprogramme , сРис. 5.13.

Управление высотой надсредним радиусом Луны на ЭОТ119180020УправлениеНаведениеНавигация160014000-20-40vr , м/сv , м/с12001000800-60600УправлениеНаведениеНавигация-80400-1002000050100150200250300350-120400050100tprogramme , с150200250300350400tprogramme , сРис. 5.14. Управление тангенциальнойскоростью на ЭОТРис. 5.15. Управление радиальнойскоростью на ЭОТ1800.21700160-0.2150 z , град/с , град-0.4140130120УправлениеНаведениеНавигация11010090-0.6-0.8-1-1.2УправлениеНаведениеНавигация-1.4-1.680050100150200250300350400-1.8tprogramme , с050100150200250300350400tprogramme , сРис. 5.16.

Управление углом тангажаотносительно местного горизонта наЭОТРис. 5.17. Управление угловойскоростью на ЭОТ24013080240030783076239930742398ht , мl,м3072307023963068УправлениеНаведениеНавигация23953066УправлениеНаведениеНавигация30643062306053502397535553605365537053755380239423935350t,сРис. 5.18. Управление дальностью наэтапе первого зависания5355536053655370537553805385t,с5385Рис. 5.19. Управление высотой наэтапе первого зависания12048002500УправлениеНаведениеНавигация46004400200040001500ht , мl,м4200380010003600УправлениеНаведениеНавигация34003200300053805400542054405460500548005380t,сРис.

5.20. Управление дальностью наЭУС544054605480Рис. 5.21. Управление высотой на ЭУС120УправлениеНаведениеНавигация46534652100465180ht , м4650464946486040УправлениеНаведениеНавигация4647204646464554705420t,с4654l,м5400548054905500551055205530054705540548054905500t,с5510552055305540t,сРис.

5.22. Управление дальностьюпосле второго зависания довыключения двигателяРис. 5.23. Управление высотой послевторого зависания до выключениядвигателя0.81УправлениеНаведениеНавигация0.60-10.4vr , м/сv , м/с-20.20-3-4-5-0.2УправлениеНаведениеНавигация-6-0.4-0.65470-7548054905500551055205530-854705540t,сРис. 5.24. Управление тангенциальнойскоростью после второго зависания довыключения двигателя5480549055005510552055305540t,сРис.

5.25. Управление радиальнойскоростью после второго зависания довыключения двигателя1215.6. Заключение к главе 5Как показывают материалы, представленные в данной главе, в том числерезультаты имитационного моделирования замкнутой системы управлениядвижением КА на всех этапах МП, разработанные алгоритмы наведения истабилизации ЛА в составе замкнутой СУ позволяют корректироватьтраекториюдвиженияКАнаактивныхучасткахмягкойпосадки.Предложенная методика управления является достаточно универсальной иможет быть рекомендована для применения при реализации мягкой посадки порассматриваемой схеме с зависаниями на всех относительно плоских районахповерхности Луны.122ЗАКЛЮЧЕНИЕ К РАБОТЕВ работе получены следующие основные результаты:1.

Предложена новая концепция реализации мягкой посадки автоматическогоКА на поверхность Луны по схеме с зависаниями, позволяющая уточнять(выбирать) место посадки непосредственно в ходе посадки, отличающаяся отпредложенной ранее аналогичной схемы совмещением основного торможения свертикализацией на этапе основного торможения, а также совмещениемторможения и вертикализации на этапе управляемого спуска КА.2. Сформулированаирешеназадачаосовместнойоптимизациихарактеристик ДУ и программы управления вектором тяги ДТ на этапеосновноготорможения,обеспечивающейобнулениескоростиКАивертикальную ориентацию его продольной оси в момент окончания этапа.3. Сформулирована и решена задача оптимизации программы управлениявектором тяги двигателя торможения на этапе управляемого спуска КА междузависаниями в ситуациях, когда точка посадки не находится в надире поотношению к точке первого зависания КА, достигнутой в результатепредшествующего этапа торможения КА, с выполнением условий зависания ивертикализации в начале и в конце этапа.4.

Исследованы варианты построения навигационной системы КА. Показано,чтоприреалистичномсоставеихарактеристикахвозмущенийкомплексированная навигационная система, в которой- дополнительно к стандартным измерениям БИНС используютсяизмерения высотомера и доплеровских измерителей скорости КА;- совместно с переменными состояния КА в полете идентифицируютсявозмущения, являющиеся постоянными случайными величинами или медленноменяющимися процессами,- оценивание компонент расширенного вектора состояния осуществляетсяс помощью квазилинейного фильтра Калмана,123обеспечивается удовлетворительная точность решения задачи навигации наборту КА при посадке по предложенной схеме.5.

Предварительносформированаструктураивыбраныпараметрырегуляторов замкнутой системы управления движением КА на всех этапах МП,активно компенсирующей постоянные и медленно меняющиеся возмущениясовместно с подавлением действия неконтролируемых возмущений. Проведеноимитационное моделирование системы, показавшее, что сформированнаясистема обеспечивает удовлетворительную точность реализации всех этаповпосадки, в том числе непосредственно точность прилунения КА.124СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1.