Е.С. Лобусов, А.В. Фомичев, Е.К. Ли Исследование режимов функционирования СУ (1245729)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаФакультет «Информатика и системы управления»Кафедра «Системы автоматического управления»Е.С. Лобусов, А.В. Фомичев, Е.К. ЛиИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИЕЙ И СТАБИЛИЗАЦИИКОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАМетодические указания к выполнению лабораторных работпо дисциплине «Системы управления ориентацией и стабилизациикосмических аппаратов»МоскваИздание содержит материалы для освоения методов исследованиясистем управления движением космических аппаратов (КА).Лабораторныйпрактикумвыполняетсястудентамисцельюзакрепления теоретических знаний, изучения современных методовэкспериментального исследования динамики режимов функционированиясистемы управления ориентацией и стабилизации (СУОС) КА.

Привыполнении лабораторных работ для математического моделированияисследуемых процессов и для обработки результатов экспериментовприменяются персональные компьютеры и специальное программноеобеспечение, разработанное в среде Matlab.Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана специальности «Системыавтоматического управления».ОГЛАВЛЕНИЕВведение ...............................................................................................................

3Лабораторная работа №1Исследование динамики режима построения инерциальной ориентации...... 12Лабораторная работа №2Исследование динамики режима построения орбитальной ориентации ........ 28Лабораторная работа №3Исследование динамики режима программного разворота............................. 37Рекомендуемые источники информации ..........................................................

49Перечень сокращений и условных обозначений.............................................. 50ВВЕДЕНИЕВ рамках лабораторного практикума предусмотрено математическоемоделирование и исследование динамики режимов функционированиясистемы управления ориентацией и стабилизации (СУОС) космическогоаппарата (КА). Для выполнения лабораторных работ используетсяспециальное программное обеспечение (СПО), разработанное в средеMatlab.Особенности управления ориентацией КАХарактерная особенность задачи управления ориентацией КА –большое разнообразие методов, вызванное значительным разнообразиемтребований, предъявляемых к объекту, и используемых в системахориентации технических средств (датчики, преобразующие устройства,типы исполнительных органов и т.п.).

Систематическое изложениепроблем,задач и методов активногоуправленияориентациейистабилизации КА, а также описание приборного состава систем, динамикипроцессов ориентации дано в [2, 10]. Ряд работ посвящён проблемеоптимального пространственного разворота твердого тела и решениюнекоторых частных задач, например: оптимизация плоского разворотавокруг одной из осей инерции тела [2]; оптимизация управленияразворотом быстро вращающегося тела [7]; оптимальный по расходурабочего тела [1, 2] и по быстродействию [1, 2, 6] пространственныйразворот твёрдого тела вокруг неподвижной оси ЭйлераОсобенностиприменениябесплатформенныхи т.д.инерциальныхнавигационных системы (БИНС) в системах управления ориентацией КАисследовались в работах [3, 4, 8].3Для дальнейшего понимания задачи управления ориентациейсделаем следующие пояснения.Задачи ориентации и управления движением космических объектоввсегда связаны с определенными системами отсчёта – системой координат(СК) и системой измерения времени.Разнообразие задач, решаемых в процессе полёта, а также моделейдвижения предопределяет и множество систем координат (координатныхбазисов), используемых на практике.ВСУОСиспользуютсяразнообразныеСК:геоцентрическаяэкваториальная, орбитальная, связанная и т.д., взаимное положение идвижение которых определяется формализмом кватернионов [1, 3, 4, 9].Любая СК характеризуется началом отсчёта и положением трёхкоординатных осей в правой прямоугольной системе.

Конкретный вид СКвыбирается из условия наилучшего решения поставленной задачи. Нарисунке 1 относительное положение различных координатных базисовнаглядно отображено на плоскости.BOSOOIBMBSBIBCMCISSPMSSPSSG ITTIPIGGGIIРисунок 1 – Используемые базисы4Здесь обозначено:–базисистиннойИСКX  Y Z (геоцентрическойэкваториальной);I – остановленный базис ИСК X 0 Y0 Z 0 (привязывается к моментуначала работы БИНС);T – инерциальный базис на остановленный текущий моментвремени;G – базис географической системы координат X G YG Z G ( X G – наГринвич, Z G – на полюс мира);o o oP – подвижный базис системы координат x y z ;S – подвижный базис навигационной системы координат (НСК)  ;M – корректируемый базис (становится базисом S после ихпредварительного совмещения);O – подвижный базис орбитальной системы координат (ОСК)x 0 y0z0 ;С – подвижный базис расчётной ОСК;B – подвижный базис ССК xyz ( x – продольная ось КА).Базисы S, P, O имеют одно и тоже направление второй оси СК.

БазисI фиксирует некоторое текущее положение, которое далее не изменяется.Базисы S, P, O выставляются первоначально по базису I с учётомпринятого направления осей координат. Основной базис ССК Bпривязывается к осям системы исполнительных органов.Выставка базиса означает задание начальных условий (НУ) насоответствующих интеграторах.Назначение других базисов на рисунке 1 станет ясным издальнейшего рассмотрения.В общем случае всегда можно связать базисы между собой.

Нарисунке 2 приведен граф взаимодействия базисов.5BIOICISITIIGIPIGSOTPSPSMSMCGOBBMBSSBРисунок 2 – Граф взаимосвязи базисовБольшинствоизуказанныхбазисовреализуетсялибоввычислительном устройстве БИНС, либо в БВС КА. Положение идвижение всех СК определяется в матричной или кватернионной форме.Каждому базису соответствует матрица (или кватернион) с тем же самымобозначением, а индекс указывает тот базис, от которого идёт его задание.Согласноописаниюотносительногоположенияразличныхкоординатных базисов (см. рисунок 1) будем полагать:1) Базис ССК B связан с корпусом КА.2) Исходный (опорный) базис I (в общем случае он неподвижен винерциальном пространстве или вращается с некоторой переноснойугловой скоростью 0 ) – базис, к которому необходимо привести базис Bв процессе выполнения задач управления ориентацией.

Опорный базис Iопределяется в пространстве физическими полями и связан с Землёй,Солнцем, направлением на другой КА и т.п., благодаря чему возможнопостроить датчики первичной информации, определяющие угловоеположение опорного базиса (положение относительно опорного базиса),т.е. угловое рассогласование между связанным и опорным базисом.63) Приборный базис I (построен бортовыми средствами) – базис,моделирующий базис I так, чтобы I   I .4) Взаимное положение базисов B , I определяется кватернионом  .5) Угловая скорость движения базиса B относительно I равна  .Уравнения углового движения ПО как твердого тела [2, 4, 5, 10] впроекциях на базис ССК B являются уравнениями Эйлера:KKMBBBB,где K B  J  B – кинетический момент (определяется постояннымивеличинами главных центральных моментов инерции J x , J y , J z в осяхССК), B – вектор абсолютной угловой скорости КА в проекциях на базисB , M B – внешний момент, приложенный к КА. В рассматриваемойдинамической задаче величина момента M B – управление.Для описания вращательного движения твёрдого тела их следуетдополнить уравнениями кинематики  2B.В работах [4, 10] показано, что все схемы управления ориентациейделятся на схемы прямого управления и двухконтурные схемы управления.В схемах прямого управления [2, 10], которые, благодаря своейпростоте, применялись в первых системах управления ориентацией КА,управляющие функции M iB ( i  x , y, z ) формируются непосредственно посигналам ДПИ, измеряющих углы и угловые скорости (добавляются вуправление для обеспечения устойчивости).Однако схемы прямого управления имеют существенные недостатки:теряют работоспособность при перерывах в информации; трудностирешения задач фильтрации помех, идентификации отказов, выделенияложной информации.

Поэтому эти системы не удовлетворяют рядутребований, предъявляемых к современным системам управления.7В двухконтурной схеме управление ориентацией состоит из решениядвух задач: 1) построение инерциальными методами приборного базиса иприведение его к опорному; 2) выполнение ориентации – построениеустойчивого управления M iB в функции углового рассогласования базисаССК относительно приборного.В предлагаемой системе управления ориентацией КА БИНСиспользуется как устройство для построения приборного базиса. Поэтомув БИНС достаточно реализовать интегрирование только уравненийкинематики при различной исходной информации об угловой скорости,которая может быть получена либо от ВИУС, либо определённым образомсформирована (вычислена) как скорость коррекции.Общая структура СУОСПрактически все многообразие режимов ориентации можнореализовать на единой основе, используя кинематический принципформирования закона управления и аппарат алгебры кватернионов.В соответствии с [3] сформулируем основные задачи управленияугловым движением КА, которым посвящено дальнейшее исследование:1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги