Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. Бортовые системы управления космическими аппаратами (2010) (1246599), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Указанноепредположение подтверждается соответствующей технической документацией и опытом эксплуатации ГИВУС.После того, как один из ИК оказывается в состоянии отказа и этототказ фиксируется алгоритмом ФК ГИВУС, дальнейшее счислениеориентации осуществляется по сигналам оставшихся трех функционально исправных ИК. После этого содержание задачи текущего функционального контроля ГИВУС из-за отсутствия резервированияизменяется. Целью контроля становится обнаружение события возникновения отказа в тройке оставшихся ИК. В качестве типовых рассматриваются следующие отказы ИК ГИВУС:1 – активный отказ ИК: в момент возникновения отказа в выходном сигнале ИК появляется дополнительная, постоянная аддитивнаясоставляющая (например, 10 град/час);2 – пассивный отказ ИК первого типа: в момент возникновенияотказа в выходном сигнале ИК регулярная составляющая сигнала становится равной фиксированной константе (например, нулю);CИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ3 – пассивный отказ ИК второго типа: в момент возникновенияотказа в выходном сигнале ИК регулярная составляющая сигнала становится равной нулю, остается лишь несмещенный шум.Алгоритм функционального контроля ГИВУС.
Алгоритм функционального контроля ГИВУС представляет собой совокупность нескольких частных контрольных процедур, которые в совокупности ивзаимосвязи позволяют решать задачу обнаружения неисправного ИК.Дадим краткое описание этих процедур.Контроль несменяемости кодов в выходных сигналах ИК. Для обнаружения пассивного отказа первого типа может быть применен контроль, фиксирующий событие повторяемости кодов в выходномсигнале для каждого ИК. Выходной сигнал работоспособного ИК обязательно должен содержать некоторую шумовую составляющую.
Повторяемость кодов на достаточно продолжительном интервалевремени (например, 25÷50 тактов БЦВС подряд) является свидетельством отказа либо блока электроники ИК, либо тракта информационного обмена ИК. Контроль подобного типа может быть постоянным,действующим непрерывно на фоне всех режимов функционированияБСУ. Такой контроль, как можно видеть, имеет небольшое запаздывание и при срабатывании сразу дает указание на отказавший ИК.Контроль рассогласований базисов ориентации. Для формирования параметров угловой скорости и счисления ориентации КА достаточно любых трех ИК.
Из имеющихся четырех ИК ГИВУС можносоставить четыре тройки гироблоков:0 – {ГБ0, ГБ1, ГБ2} – не содержит ГБ3;1 – {ГБ0, ГБ1, ГБ3} – не содержит ГБ2;2 – {ГБ0, ГБ2, ГБ3} – не содержит ГБ1;3 – {ГБ1, ГБ2, ГБ3} – не содержит ГБ0.В СИО реализовано одновременное формирование параметровугловой скорости и счисление ориентации КА для каждой из указанных троек ИК. В дальнейшем эти тройки будем называть базисамиориентации.
При формировании сигналов управления ориентацией187188БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИКА используются данные только одного базиса, который называетсярабочим. В начале работы рабочим базисом назначается базис0 – {ГБ0, ГБ1, ГБ2}. В случае если один из ГБ, входящих в состав рабочего базиса, окажется в состоянии отказа и алгоритм ФК ГИВУСопределит отказавший ИК, немедленно рабочим будет назначен новыйбазис, который в своем составе отказавший ИК не содержит.При формировании параметров угловой скорости и счисленииориентации (в форме кватернионов) для каждого из базисов производится учет калибровочных значений дрейфов, масштабов, перекосовГБ и угловых погрешностей установки ГИВУС относительно ВСККА. Полученные таким образом векторы угловой скорости и кватернионы базисов ориентации, будучи изначально согласованы, приотсутствии погрешностей калибровки гироблоков должны в дальнейшем совпадать друг с другом.
При наличии погрешностей калибровкии, тем более, в случае отказа одного из ИК неизбежно появятся отклонения указанных векторов и кватернионов друг от друга. В результате использования той или иной скалярной процедуры сравнениярассогласования указанных векторов и кватернионов на превышениезаданных пороговых значений может быть построен алгоритм обнаружения события возникновения раскалиброванности или отказа водном из четырех ИК ГИВУС. Контроль подобного типа может бытьпостоянным, действующим непрерывно на фоне всех режимов функционирования БСУ. Запаздывание такого контроля зависит от типа иинтенсивности отказа и при срабатывании не дает указания на отказавший ИК.
Для определения отказавшего ИК требуется дополнительная информация, которая является внешней по отношению кГИВУС. В качестве внешней информации, позволяющей определитьправильный базис ориентации и, следовательно, отказавший ИК,предполагается использовать данные об ориентации КА, которыебыли получены в результате проведения специального сеанса астроопределений (астродиагностики ГИВУС).Контроль сигналов ИК по априорным данным. На интервалах стабилизации КА, в случае нормативной работы ИК ГИВУС, значения ихвыходных сигналов являются заранее известными, т.к.
известен векторCИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯзаданной угловой скорости КА (формируется СУДом) в проекциях наоси чувствительности ИК. Данное обстоятельство позволяет организовать прямой контроль информационной исправности каждого из ИКна участках стабилизации.
Такой контроль способен обнаружить иопределить достаточно резкий и интенсивный отказ непосредственнопо данным анализа выходных сигналов ИК, предварительно приведенных к размерности угловой скорости с учетом калибровочных значений дрейфов, масштабов, перекосов ГБ и угловых погрешностейустановки ГИВУС относительно ВСК КА. Рассматриваемый вид контроля имеет ограничения по области применимости: он не может применяться на интервалах переходных процессов после коррекцииориентации, на интервалах включения двигателей и т.п.Контроль угловых невязок на входе системы стабилизации. Ранееотмечалось, что сигналы управления ориентацией КА формируютсяпо данным рабочего базиса. При нормативной работе всех трех ИКГИВУС из состава рабочего базиса, угловые невязки на входе системыстабилизации (угловые рассогласования между текущими и заданными параметрами ориентации КА) должны быть близки к нулю.Отказ одного ИК, входящего в состав рабочего базиса, приведет ктому, что система стабилизации (ССО) окажется в режиме ненормативной отработки входных рассогласований.
В этом случае входныерассогласования ССО начинают превышать значения соответствующих порогов. Непрерывный пороговый контроль рассматриваемых невязок позволит обнаружить появление отказа среди ИК, входящих всостав рабочего базиса ориентации. Следует отметить, что данный видконтроля рассматривается как постоянно действующий, при этомзначения соответствующих порогов должны быть переменными, настраиваемыми под различные условия стабилизации КА (инерциальная стабилизация, развороты КА, интервалы переходных процессовпосле коррекции ориентации или срабатывания поворотных устройствпанелей СБ, интервалы включения двигателей и т.п.). В случае когдасрабатывает рассматриваемый вид контроля, отказавший ИК остаетсянеопределенным, известно лишь то, что этот ИК входит в состав рабочего базиса ориентации. Данное обстоятельство является достаточ-189190БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИным основанием для немедленной смены рабочего базиса ориентации.
После этого контроль невязок на входе ССО и последовательнаясмена рабочего базиса продолжаются до тех пор, пока невязки не придут к значениям, близким к нулю. При этом в качестве рабочего автоматически окажется такой базис ориентации, в составе которогоотказавший ИК отсутствует.Астродиагностика ГИВУС. При срабатывании контроля рассогласований базисов ориентации, свидетельствующего о наличии отказав одном из ИК ГИВУС, СИО выставляет запрос в СУД на проведениевнепланового сеанса астроопределений (астродиагностики ГИВУС)для обеспечения поиска отказавшего ИК. По указанному запросу СУДпрекращает выполнение текущего полетного задания, отдает директиву в ССО на переход в режим инерциальной стабилизации КА, атакже директиву в СИО на включение астродатчика (двух астродатчиков) и проведение сеанса астроопределений.
После получения звездных кадров, решения задачи опознавания и вычисления кватернионаастроориентации, СИО выполняет сравнение полученного кватернионас четырьмя кватернионами базисов ориентации. В результате такогосравнения определяется исправный базис ориентации, который наиболее точно согласован с кватернионом астроориентации и, следовательно, не содержит в своем составе отказавший ИК. Найденный такимобразом исправный базис ориентации сразу переводится в статус рабочего базиса. По завершении процедуры астродиагностики СИОформирует соответствующее сообщение, после получения которогоСУД переводит БСУ в режим ожидания нового полетного задания.8.6.
Расчет параметров орбитального движения(бортовой прогноз)Постановка задачи. Задача определения вектора состояния (компонентов векторов координат и скоростей) на борту КА при его движении по баллистической траектории (при неработающих двигателях)состоит в интегрировании уравнений его движения.Наиболее простой вид уравнения движения имеют в прямоугольной инерциальной системе координатCИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯd r = g 1 + g 2 + g 3,dt 2где r – вектор координат;g 1 – вектор гравитационного ускорения, обусловленный влияниемЗемли;2g – вектор гравитационного ускорения, обусловленный влияниемСолнца;3g – вектор гравитационного ускорения, обусловленный влияниемЛуны.2Гравитационное ускорение, обусловленное влиянием Солнцаили Луны. Гравитационное ускорение, обусловленное влияниемСолнца или Луны, определяется зависимостьюg k = k( u r r urkrkrku rk u3),где rk – радиус-вектор Солнца (k =2) или Луны (k = 3),r – радиус-вектор КА,u rkr u – расстояние между КА и Солнцем или расстояние междуКА и Луной,k – произведение гравитационной постоянной на массу Солнцаили Луны соответственно.Эта зависимость получена при рассмотрении Солнца и Луны какматериальных точек.Гравитационный потенциал Земли.
Земля в данной задаче рассматривается не как материальная точка, а как тело сложной формы сразличной плотностью для различных ее частей. В связи с этим ее гравитационный потенциал может быть вычислен только приближеннопутем представления его в виде бесконечного ряда. Такое разложение,выполненное с использованием сферических функций, записываетсяв виде nrV(r,!,) = ——er n=0 m=0 roo s dn(Сn m cos m+Dn m sin m) Pn m (sin!).191192БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИВ приведенном выражении r, !, – геоцентрические сферическиекоординаты местоположения КА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
