Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010) (1246599), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Номинальный целевой кватернион задается в ОСК, ограничение целевой ориентации задается значениями синуса и косинуса максимальнодопустимого угла между осью OY1 и направлением на Солнце.ТПО-9 – нацеливание целевой оси КА (заданной в ССК) по переменному целевому направлению в ИСК (определяемому, например,нацеливанием на заданную (фиксированную) точку поверхностиЗемли) при дополнительном условии (например принадлежность илиминимальное отклонение оси OY1 ССК плоскости экватора с направлением в сторону линейной скорости либо максимизация освещенности солнечных батарей).ТПО-10 – разгон до заданной скорости – формирование переменной программной ориентации, соответствующей изменению ориентации от начальной (текущей или прошлой программной).
При этомпрограммная угловая скорость равномерно изменяется от проекциивектора начальной скорости (текущей или прошлой программной) навектор заданной до заданной в целевой (ИСК или ССК) системе координат. Условием корректного использования является малость отклонения орта начальной скорости от орта заданной скорости.Все программные развороты, кроме ТПО-4, формируются как оптимальные по быстродействию с учетом следующих ограничений:1) ограничений на величину угловой скорости;2) ограничений на величину углового ускорения, определяемогоэллипсоидом располагаемых ускорений.3) ограничений на угол между осью OY1 и вектором, направленным на Солнце.Реализуются два способа соблюдения этих ограничений: ограничение угла при развороте (коррекция траектории разворота путем выполнения промежуточного разворота) и ограничение угла в конечнойориентации (коррекция кватерниона конечной ориентации).
При этомкак начальная, так и конечная ориентации КА должны удовлетворятьуказанным ограничениям.Необходимость соблюдения ограничения в развороте определяется признаком, формирующимся в зависимости от текущего способаСТРУКТУРА И ТИПОВЫЕ РЕЖИМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАуправления режимами СУД и реализованным в виде НП. Ограничения для разворота соблюдаются в режиме автономного управления ипри работе по ПЗ.Необходимость соблюдения ограничения в конечной ориентацииопределяется признаком, задаваемым в ПЗ, или – при отсутствии ПЗ– признаком из НП в зависимости от способа управления режимами.Ограничение соблюдается в режиме автономного управления.При отсутствии этого признака предполагается, что начальное иконечное состояния являются допустимыми.Набор ТПО может быть различен для разных КА в зависимости оттребований технического задания на систему управления КА.Некоторые варианты использования ТПО СПУ в СУД:– ТПО-1 может быть альтернативой демпфированию (средствами ССО) в случае ненулевой текущей скорости перед задействованием ТПО-2, 3, 7;– ТПО-2 используется при проведении режима АКС;– ТПО-5 используется в режиме ПСО на этапе «приведенияСолнца» в центр СДП.
Кроме этого, ТПО-5 может являться альтернативой связке ТПО-1 – ТПО-3 в случае ненулевой начальной (текущей)скорости.– ТПО-6 предназначена для реализации штатного режима работы – поддержания ориентации, заданной в ОСК.– ТПО-7 используется в ПСО на этапе поиска Солнца, такжеможет использоваться, например, для проведения юстировки целевойаппаратуры.Вследствие зависимости в рассматриваемой системе располагаемых (предельно реализуемых) угловых ускорений, в частности отмгновенной ориентации в ССК оси поворота, что обусловлено различием развиваемых управляющих моментов и моментов инерции посвязанным осям КА, получение близкого к оптимальному по быстродействию решения даже в редуцированной системе является в общемслучае нетривиальной задачей. Поэтому в качестве следующего этапаупрощения исходной задачи принято ограничение множества решений классом последовательных, оптимальных по быстродействию раз-119120БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИворотов с постоянной для каждого ориентацией оси поворота.
В этомслучае произвольная переориентация с учетом ограничений на ориентацию может быть осуществлена не более чем за четыре последовательных разворота, каждый из которых описывается скалярнымдифференциальным уравнением второго порядка с постоянным ограничением на управление.
При этом ограничение углового ускорениядля каждого разворота определяется эллипсоидом располагаемых вССК ускорений и ориентацией оси вращения. Специфической особенностью решения этих уравнений является необходимость учета периодического характера вращательного движения и, в общем случае,ненулевых краевых условий по угловой скорости. Предварительнодолжна быть решена задача определения краевых условий для каждого из последовательных разворотов, включая, в случае неполногозадания, доопределение целевой ориентации, а в некоторых согласованных случаях – и переопределение целевой ориентации, не удовлетворяющей заданным ограничениям.Решение перечисленных задач осуществляется с использованиемаппарата и методов векторной алгебры, алгебры кватернионов, элементов функционального анализа [22].Система программного управления, например для КА «Электро»,выдает программную (задающую) информацию для управления ориентацией спутника, а также для управления солнечными батареями иостронаправленной антенной.6.2.2.
Режимы работы системы управления движениемРежим работы СУД определяется функциональной задачей, решаемой в текущий момент времени (рис. 6.5) [6]. СУД реализует следующие функциональные режимы:1. Подготовительный режим. В этом режиме СУД ожидает готовности ГИВУС и ДС перед началом демпфирования. Управлениеориентацией КА не производится.2. Демпфирование угловых скоростей. В этом режиме ССО производит демпфирование угловой скорости КА до величины, обеспечивающей нормативное начало режима ПСО.Рис. 6.5 Диаграмма состояния космического аппарата122БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ3. Построение солнечной ориентации. В этом режиме СУД производит построение и поддержание солнечной ориентации по показаниям СДП путем последовательности программных разворотов.4. Инерциальная ориентация. В этом режиме производятся стабилизация и программные развороты КА в инерциальной или в орбитальной системе координат.
Режим реализуется с помощью одной изописанных выше типовых полетных операций СПУ и позволяет задавать различные способы задания ориентации КА. Режим ИНО реализуется при автономном управлении режимами СУД или по ПЗ. Приреализации режима по ПЗ возможно задание следующих модификаций:• ИНО-0: стабилизация ориентации КА, имеющейся на моментначала режима (ИСК). ТПО предназначена для использования в НШС.Реализуется через ТПО – 0.• ИНО-1: торможение – программное уменьшение угловой скорости от текущего значения до нуля. Реализуется через ТПО-1.• ИНО-2: нацеливание по вектору – обеспечение ориентации целевой оси, заданной в ВСК, по целевому направлению, заданному вцелевой (ИСК или ВСК) системе координат. Начальная угловая скорость должна быть равна нулю.
Формируется один пространственныйразворот с постоянной осью вращения. Реализуется через ТПО-2.• ИНО-3: ориентация по фиксированному кватерниону, заданному в ИСК или ОСК. Значение кватерниона задается в ПЗ. Переходв заданную ориентацию осуществляется путем программного разворота.
В случае если задана ориентация в ИСК, режим реализуетсячерез ТПО-3. Если ориентация задана в ОСК, то через ТПО-6.С помощью задания соответствующего признака в слове параметров режима возможна замена кватерниона штатной ориентации (см.ИНО-8) на кватернион, заданный в ПЗ (операция используется привыполнении сезонного разворота).При осуществлении стабилизации в ОСК возможно задание признака соблюдения ограничения на угол между осью Y и направлениемна Солнце.
В этом случае СУД производит коррекцию заданного кватерниона ориентации с целью соблюдения ограничения по засветкеСТРУКТУРА И ТИПОВЫЕ РЕЖИМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАрадиационного холодильника. Программные развороты не проводятся.Режим реализуется через ТПО-6 и ТПО-8.• ИНО-4: ориентация в соответствии с полиномиальными зависимостями по углам Эйлера. Режим может использоваться при необходимости осуществления разворота по определенной траектории.Реализуется через ТПО– 4.• ИНО-5: ориентация по кватерниону, заданному в ИСК на моментначала режима.
Начальная скорость произвольная, целевая – постояннаяпо величине и направлению. Целевая скорость задана в ИСК или ОСК.Реализуется посредством от одного до трех пространственных разворотов с постоянной (для каждого) осью вращения через ТПО-5.• ИНО-7: поворот на заданный угол вокруг заданной оси. Ось поворота задается в ИСК или ВСК. Поворот осуществляется в соответствии со знаком заданного угла. Величина заданного угла непревышает трех оборотов. Начальная угловая скорость должна бытьравна нулю. Формируется один пространственный разворот с постоянной осью вращения.
Реализуется через ТПО СПУ-7.• ИНО-8: ориентация по штатному кватерниону. В этом режиме вкачестве заданного используется кватернион штатной ориентации,значение которого заложено в виде настраиваемого параметра. Изменение значения кватерниона штатной ориентации возможно с помощью задания в ПЗ ИНО-3 (см.
выше).В остальном режим аналогичен режиму ИНО-3. Возможно задание ограничения на угол между осью ОY1 и направлением на Солнцев конечной ориентации.На фоне режима ИНО реализуются режимы работы с АД (АКР,АКД, АКН).Выдача корректирующего импульса (ВКИ) – в этом режиме СУДреализует циклограмму выдачи корректирующего импульса в соответствии с циклограммой режима и информацией из ПЗ.
Режим является расширением режима ИНО.Астрокоррекция против Солнца (АКС) – режим предназначен дляпостроения режима ИНО с использованием АД. В этом режиме проводится сеанс астрокоррекции с предварительным разворотом КА в123124БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИположение, в котором визирная ось используемого АД направлена впротивоположное от Солнца направление.Астрокоррекция из неориентированного положения (АКН) –режим астрокоррекции из неопределенного положения, предназначенный для использования в НШС при построении ИНО.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
