Автореферат (Синтез алгоритмов управления космическими аппаратами с учетом требований безопасности проведения динамических операций), страница 2

Все предложенные в работе методы и алгоритмы реализованы в видепрограммно-моделирующего комплекса, имеющего открытую архитектуру ипозволяющего более эффективно по сравнению с существующими аналогамирешать задачи отработки программ проведения динамических операций КА, атакже снизить риск провоцирования нештатных ситуаций с КА из-за ошибокоператоров.3. Благодаря открытому интерфейсу появилась возможность использованиянезависимых от разработчика ПМК модулей. При этом их разработчикимогут полностью сосредоточиться на совершенствовании своих компонентпрограммного обеспечения.Результаты диссертационной работы используются в учебном процессекафедры «Системный анализ и управление» МАИ и рабочей деятельности ФГУПЦНИИмаш, ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина». Имеются соответствующие актывнедрения от МАИ, ФГУП ЦНИИмаш, ФГУП «НПО им.

С.А. Лавочкина».Достоверность результатовподтверждаетсяиспользованиемапробированного математического аппарата, обоснованием полученных результатовматематическими расчетами и проведенным сравнительным анализом полученныхрезультатов моделирования комплексами, имеющими схожий функционал.Основные положения, выносимые на защиту.1. Математические модели и алгоритмы проведения орбитальных коррекций КАпри выполнении динамических операций.2. Методика создания программно моделирующего комплекса для отработкиалгоритмов проведения динамических операций КА.3.

Методика разработки базы данных программно-моделирующего комплекса.4. Результаты использования программно-моделирующего комплекса дляотработкибезопасногопроведениядинамическихоперацийнавысокоэллиптических и круговых геостационарных орбитах (ГСО).Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались иполучили одобрение на научно-технических конференциях: 16-ой Международнойнаучной конференции «Системный анализ, управление и навигация» (Евпатория,2011 г.), 17-ой Международной научной конференции «Системный анализ,управление и навигация» (Евпатория, 2012 г.)Основные результаты диссертационной работы опубликованы в трех статьях[1-3] в журналах, входящих в рекомендованный ВАКом Минобрнауки Россииперечень изданий, и в четырех работах [4-7] в сборниках тезисов докладов нанаучно-технических конференциях.Структура и объѐм работы. Диссертация состоит из введения, четырѐх глав,заключения, списка литературы из 51 наименования.

Текст диссертации изложен на218 машинописных страницах, включает 80 рисунков и 12 таблиц.6СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированыцель и задачи исследования, отмечена научная новизна и практическая значимостьполученных результатов, приведены основные положения диссертационной работы,выносимые на защиту, а также сведения об апробации результатов работы.Проведен обзор трудов отечественных и зарубежных ученых в области проведениядинамических операций космическими аппаратами различного назначения. Описанаструктура диссертации и дано краткое содержание ее разделов.В первой главе работы проводится анализ требований, предъявляемых ксредствам безопасного проведения динамических операций КА.

В целом, основныепроблемы с безопасностью связаны с отслеживаемымии потенциальноотслеживаемыми объектами. Рассматриваются основные причины опасныхситуаций с КА в околоземном космическом пространстве, приводящие квозможности их столкновений. В соответствии с принципом декомпозиции весьперечень опасных ситуаций привязывается к фазам активного существования КА:выведения, испытания, эксплуатации и захоронения. Формируются требования ксредствам безопасного проведения динамических операций для каждой фазы сучетом орбитального построения и целевой задачи.В главе определены требования, предъявляемые к средствам отработкипроведения динамических операций, которые предложено условно разделить на двебольшие группы.Первая группа – требования к алгоритмическому обеспечению, а именнотребования к типам задач, для чего был определен перечень основныхдинамических операций, которые необходимо отрабатывать, а именно: ввод спутника в заданное место (слот) орбитальной структуры после выведенияносителем на промежуточную орбиту; коррекция относительного положения спутников, когда искажение орбитальнойструктуры приводит к снижению целевой эффективности системы; поддержание относительного положения спутников в заданных пределах припроведении экспериментов; перевод спутника из одного слота структуры в другой, например – при заменевышедшего из строя спутника резервным; удержание спутника в окрестности номинального положения слота в течениедлительных промежутков времени (например, удержание спутника на ГСО,удержание долготы восходящего узла высокоапогейной синхронной орбиты); сближение с другим КА для инспекции; выполнение маневров уклонения на фоне решения КА его основной задачи; регулирование относительного положения спутников при проведенииэкспериментов и т.п.Приведенный перечень технических требований может быть сведен к двумбазовым задачам:1.

Задаче приведения вектора начального состояния КА группировки в заданнуюобласть пространства.72. Задаче выполнения маневров в заданной области пространства в течение срокаактивного существования.Перечисленные постановки задач управления и терминальные требованияпредложено рассматривать как первоначальные по отношению к стохастическому иминимаксному подходам, которые должны применяться при построении рабочихалгоритмов.Вторая группа требований это требования к программному обеспечению,которое должно: обеспечить возможность автоматической генерации циклограммы коррекции вдетерминированной, стохастической и минимаксной постановках с получениемсоответствующих оценок принятого критерия оптимальности; обеспечить возможность назначения пользователем критерия оптимальности иливзвешенного обобщенного критерия с коэффициентами предпочтения; использовать математические модели, учитывающие основные возмущения,характерные для орбит рассматриваемых классов; обеспечить возможность поиска управления как при фиксированной, так и присвободной ориентации вектора тяги; обеспечить «прозрачность» (понятность) генерируемых решений для конечногопотребителя.Требования, предъявляемые к средствам отработки динамических операцийКА для исключения возникновения опасных ситуаций, позволили сформулироватьдве взаимосвязанные между собой задачи синтеза алгоритмов управления КА сучетом безопасности проведения динамических операций и формирования методикипостроения программно-моделирующего комплекса (ПМК) для их отработки.Вторая глава посвящена вопросам формирования математических моделей иалгоритмов проведения орбитальных коррекций КА при выполнении динамическихопераций.

Приводятся математические модели бортовых систем КА и внешнейсреды. При этом основное внимание уделяется учету факторов существенновлияющих на проведение динамических операций. В качестве исходных уравненийрассматриваются общие нелинейные уравнения движения КА. Приводятсяматематические модели влияния нецентральности гравитационного поля Земли,гравитационных полей Луны и Солнца, давления солнечного ветра.

Приводятсясоотношения для вычисления координат Луны и Солнца. Формируется модельвектора тяги с учетом действия случайных мультипликативных и аддитивныхвозмущений. К использованию в рамках ПМК предложены следующие вариантыформирования проекций управляющих ускорений на орбитальные оси: трехоснаясистема стабилизации с ориентацией КА по орбитальным осям и в инерциальнойсистеме координат.Далее рассматривается постановка задачи управления при проведенииследующих динамических операций: обеспечение начальной орбиты с заданными параметрами (задача выведения); перевод на промежуточную и возвращение на опорную орбиту при выполненииманевра уклонения; удержание КА на расчетной орбите.8Эти задачи в основном сводятся к формированию (поддержанию)гринвичских долгот восходящих узлов орбит в заданном ограниченном диапазоне,который определяет возможные колебания трасс полета и, следовательно, колебаниязон радиовидимости.