Лазарев Ю.Н. Управление траекториями аэрокосмических аппаратов (2007) (1246773), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Классификация численных методовПриведенные теоретические основы определяют общую структуру численных методов формирования многоканального номинального и командного управления траекториями аэрокосмическихаппаратов. Представленные способы позволяют разработать на ос95Лазарев Ю.Н. «Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________нове метода последовательной линеаризации алгоритмы решениязадач формирования управления траекториями аэрокосмическихаппаратов в атмосфере и околоземном космическом пространстве.Для решения задачи управления определённой сложности после анализа возможных путей решения может быть применён адекватный численный метод.
Синтез численного метода решения конкретной задачи производится путём выбора определённого сочетания рассмотренных в главе способов и приёмов, обеспечивающихполучение решения при наибольшей эффективности функционирования вычислительной процедуры.Общей основой всех численных методов является итерационная процедура на основе последовательной линеаризации задачиуправления и связанный с ней способ дифференцирования функционалов.
Структура используемого численного метода зависит отвыбора пути решения и определяется формулировкой конкретнойзадачи.Численные методы на основе последовательной линеаризацииформирования управления траекториями аэрокосмических аппаратов можно классифицировать следующим образом.1. По типу задачи управления.Численные методы могут решать задачу формирования управления траекториями аэрокосмических аппаратов как основную задачу управления, как однокритериальную задачу оптимизации сучётом или без учёта ограничений на управляющие зависимости,режимы движения и фазовые координаты или как многокритериальную задачу.2.
По количеству каналов управления.Методы позволяют формировать одноканальное управление, атакже многоканальное с использованием каналов управления различной физической природы.3. По времени, отведённому на решение задачи.Численные методы могут формировать номинальное управление в условиях заданного или практически неограниченного времени на решение задачи и командное управление в условиях реального процесса управления.4.
По методу конечномерной аппроксимации задачи.Конечномерная аппроксимация задачи может выполняться сразмещением узлов аппроксимации равномерно по времени, рав96Глава 2. Теоретические основы формирования управления_____________________________________________________________________________________________________________номерно по характеристической скорости или с помощью методаплавающих узлов.5. По способу решения задачи линейного программирования.Задача линейного программирования решается приближённымитерационным методом или приближённым методом с использованием штрафных функций.6.
По способу учёта ограничений на управление.Задача управления может решаться без учёта ограничений науправляющие зависимости, с учётом ограничений на величинууправляющих воздействий или с учётом ограничений на величинуи скорость изменения управляющих воздействий.7. По способу учёта ограничений на параметры.Задача управления может решаться без учёта ограничений нарежимы движения и фазовые координаты, с учётом этих ограничений, как функционалов, дифференцируемых по Фреше, и с учётомэтих ограничений, как функционалов, дифференцируемых по Гато.8. По способу решения многокритериальной задачи.Многокритериальная задача может решаться с использованиемсвёртки критериев, ограничений на критерии, метода целевого программирования и с использованием метода получения гарантированного результата.9.
По степени автоматизации процесса поиска.Формирование управления может проводиться как в интерактивном режиме, так и автоматически.Рассмотренные структура и классификация численных методовдают представление о методике и возможностях их применения прирешении конкретных задач. Использование метода последовательной линеаризации позволяет постоянно расширять возможностиразработанных на его основе численных методов за счёт включенияв их структуру новых подходов и способов.
Задачи формированияуправления траекториями аэрокосмических аппаратов, рассмотренные в последующих главах, не являются предельно сложными дляэтого метода, который может быть применён при решении ещё более сложных задач многоканального управления с дополнительными условиями и ограничениями.97Лазарев Ю.Н. «Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________ГЛАВА 3ФОРМИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЯМИ3.1. Требования к алгоритмическому обеспечениюПри разработке систем управления траекториями аэрокосмических аппаратов учитываются требования как к динамическим иточностным характеристикам системы, так и к сложности реализуемых системой алгоритмов управления [132].Основные требования, предъявляемые к алгоритмическомуобеспечению системы управления, связаны с её назначением и условиями функционирования.
Эти требования разделяются на двегруппы: требования, определяющие эффективность процессауправления, и требования, относящиеся к структуре и вычислительным характеристикам алгоритма.Требования первой группы формулируются обычно в виде требований к показателям качества, численные значения которых даютколичественную основу для оценки эффективности управления иопределяют желаемые свойства управляемого процесса.
Применительно к алгоритмам формирования номинального и командногоуправления траекториями аэрокосмических аппаратов эти требования формулируются следующим образом.Алгоритмы формирования номинального управления должныобеспечивать выполнение всех условий задачи в соответствии свыбранными моделями движения и возмущений. Алгоритмы должны рассчитывать номинальное управление не только для штатноговарианта выполнения манёвра, но и для возможных нештатных ситуаций.Алгоритмы должны обеспечивать достаточный запас номинального управления, то есть по возможности обеспечить в каждомрасчётном случае не только выполнение всех условий задачи, но инаибольшее удаление всех контролируемых параметров от границдопустимых областей, в том числе и для терминальных условийдвижения.
Наличие запасов управления повышает вероятность выполнения целевой задачи полёта в штатном и нештатных режимах вусловиях действия априорно неопределённых возмущений.98Глава 3.Формирование управления траекториями_____________________________________________________________________________________________________________Алгоритмы формирования командного управления должныобеспечивать выполнение целевой задачи полёта в реальных условиях функционирования системы управления, в том числе и привозникновении нештатной ситуации. Алгоритмы должны минимизировать отклонения конечных параметров движения от требуемыхзначений при выполнении ограничений, наложенных на режимыдвижения и управление. Выполнение этого требования повышаетвероятность приведения аэрокосмического аппарата в заданнуюобласть конечных параметров.Алгоритмы должны формировать многоканальное командноеуправление, легко реализуемое системами ориентации и стабилизации и системой управления двигателями, что в первом приближении эквивалентно требованию плавного изменения командныхуправляющих зависимостей.Из требований второй группы, предъявляемых к структуре алгоритмов управления, определяющим является требование достаточной их простоты.Алгоритмы командного управления должны решать поставленные перед ними задачи на основе процедур, которые могут бытьвыполнены без принципиальных затруднений.
К таким процедурамотносятся интегрирование обыкновенных дифференциальных уравнений с заданными на одном конце траектории граничнымиусловиями, построение фундаментальных матриц для систем линейных дифференциальных уравнений и решение алгебраических(в основном линейных) уравнений [114].Алгоритмы формирования командного управления реализуются в реальном времени с помощью бортовых или наземных вычислительных комплексов в условиях ограниченного времени для принятия решения и проведения коррекции управления.
В связи с этималгоритмы формирования командного управления должны функционировать в автоматическом режиме.Алгоритмы формирования номинального управления могутвключать более сложные вычислительные процедуры, в том числе,с заранее не определённым числом операций. Это связано с тем,что они реализуются до начала совершения манёвра с помощьюбортовых или наземных вычислительных комплексов в условияхили практически неограниченного или достаточного времени длярешения поставленной задачи.
В связи с этим алгоритмы формиро99Лазарев Ю.Н. «Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________вания номинального управления могут функционировать как в автоматическом, так и в интерактивном режимах.В структурном отношении алгоритмы формирования номинального и командного управления целесообразно разбивать на независимые процедуры, решающие частные задачи.
С одной стороны, это позволяет решать сложные задачи формирования номинального управления, используя набор вычислительных процедур,адекватный решаемой задаче, а с другой, удобно при формировании командного управления с использованием вычислительныхсистем с разделением времени.В описание алгоритмов формирования номинального и командного управления траекториями аэрокосмических аппаратов включены рекомендации по выбору параметров отдельных процедур,полученные в результате решения конкретных задач, рассмотренных в последующих главах книги.3.2.
Формирование номинального управления3.2.1. Особенности алгоритма формирования номинальногоуправления. Номинальное управление траекторией аэрокосмического аппарата формируется до начала движения в условиях практически неограниченного времени для штатных и расчётных нештатных режимов движения.При формировании номинального управления учитываютсяограничения на терминальные условия, разнообразные ограниченияна текущие параметры траектории, в том числе и на экстремальныезначения параметров, ограничения на управление, а также можетрешаться оптимизационная задача.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
