Лазарев Ю.Н. Управление траекториями аэрокосмических аппаратов (2007) (1246773), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Существующие методы и алгоритмы управления не позволяют полностью реализовать манёвренные возможности аэрокосмических аппаратов при движении в атмосфере. При решении траекторных задач с их помощью затруднительно или невозможно сформировать номинальное многоканальное управление с учётом всех практически важных ограничений. Впроцессе командного управления в условиях действия априорно7Лазарев Ю.Н.
«Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________неопределённых возмущений или при возникновении нештатнойситуации эти методы могут оказаться малоэффективными вследствие недостаточной универсальности.Решение проблемы включает исследование разнообразныхподходов к выбору методов и синтезу алгоритмов траекторногоуправления. Совершенствование наземных и бортовых вычислительных систем позволяет применять при решении задач управления траекториями аэрокосмических аппаратов универсальные численные методы, на основе которых возможна разработка эффективных алгоритмов формирования управления траекториями.В книге в основу численных методов и алгоритмов управлениятраекториями аэрокосмических аппаратов положен метод последовательной линеаризации, получивший развитие в нашей стране вконце прошлого века в работах Ю.Ф. Голубева, Р.П. Федоренко,Р.З.
Хайруллина и других авторов. При этом подходе формируетсяметодика исследований, сочетающая строго обоснованные научныеразработки и эвристические приёмы численного исследования.В монографии приведены теоретические основы численныхметодов, описаны алгоритмы формирования номинального и командного управления, представлены результаты математическогомоделирования процессов формирования управления траекториямиаэрокосмических аппаратов. Исследованы задачи управления траекториями спуска в атмосфере, задачи управления суборбитальными траекториями, а также задачи оптимального управления траекториями поворота в атмосфере плоскости орбиты.В первой главе рассмотрена проблема формирования многоканального управления траекториями аэрокосмического аппарата.
Втехническую постановку проблемы включены ограничения науправление, режимы движения, фазовые координаты и параметрыаппарата. При этом учтены основные технические требования, которые предъявляются к управлению траекториями аэрокосмическихаппаратов и которые могут быть выполнены при формированииуправляющих зависимостей средствами программного обеспечениявычислительных комплексов. Приведена математическая формулировка задачи, позволившая обосновать формальный базовый методрешения.В главе рассмотрено состояние проблемы управления траекториями аэрокосмических аппаратов. Проанализированы основные8Введение_____________________________________________________________________________________________________________результаты решения проблемы в работах отечественных и зарубежных учёных.
На основе анализа существующих методов показананеобходимость разработки более совершенных методов управления, позволяющих использовать все присущие аэрокосмическимаппаратам манёвренные возможности.Глава заканчивается анализом базовых методов решенияпоставленной проблемы, на основе которых возможна разработкачисленных методов и алгоритмов. В качестве базового обоснованметод последовательной линеаризации, обладающий определёнными достоинствами, как метод поиска в пространстве управлений.Приведена математическая модель движения аэрокосмического аппарата, использовавшаяся при разработке алгоритмов формирования управления и математическом моделировании.Во второй главе приведены теоретические основы и структураразработанных численных методов формирования многоканальногоуправления траекториями аэрокосмических аппаратов.В главе представлены известные сведения и разработки автора,использовавшиеся при создании теоретических основ численныхметодов, алгоритмов и программного обеспечения математическогомоделирования формирования управления траекториями аэрокосмических аппаратов.Описан базовый математический метод − метод последовательной линеаризации, а также способ дифференцирования функционалов.
Метод последовательной линеаризации заключается впостроении последовательности итераций улучшения управления.На каждой итерации в малой окрестности исходного управлениявычисляется приращение управляющих зависимостей, позволяющее перейти к улучшенному управлению на основании информации о производных функционалов задачи по управлению.Рассмотрены методы конечномерной аппроксимации задачи,позволяющие преобразовать исходную задачу к конечномерномувиду, пригодному для численного решения. Приведены методы решения задачи линейного программирования, к которой сводитсячисленная процедура применения метода последовательной линеаризации после проведения конечномерной аппроксимации.Приведены способы учёта ограничений на управление и параметры траектории.
Использование метода последовательной линеаризации позволило упростить учёт многочисленных ограничений,9Лазарев Ю.Н. «Управление траекториями аэрокосмических аппаратов»_____________________________________________________________________________________________________________характерных для задач управления траекториями аэрокосмическихаппаратов. Разработаны подходы к решению многокритериальнойзадачи, к которой часто сводится рассматриваемая проблема управления.Глава заканчивается описанием общей структуры и классификации численных методов, которые могут быть синтезированы наоснове выполненных разработок с учётом специфики задачи.В третьей главе описаны алгоритмы формирования номинального и командного управления траекториями аэрокосмических аппаратов, позволяющие решать практические задачи.В начале главы сформулированы общие требования к алгоритмическому обеспечению, которым должны удовлетворять алгоритмы управления траекториями аэрокосмических аппаратов, предназначенные для реализации наземными и бортовыми вычислительными системами.Алгоритм формирования номинального управления позволяетрассчитывать управляющие зависимости по каналам угла атаки,скоростного угла крена и тяги двигателей с учётом ограничений науправление, режимы движения и фазовые координаты.
В зависимости от формулировки задачи алгоритм настраивается на решениеосновной задачи управления, задачи оптимизации или многокритериальной задачи. Достоинствами алгоритма являются возможностьучёта многочисленных и разнообразных ограничений, небольшаячувствительность к начальному приближению управляющих зависимостей, возможность активного воздействия на процесс поискауправления.Алгоритм командного управления использует теоретическиеосновы и вычислительную технологию формирования номинального управления. Для обеспечения обратной связи при формированиикомандного управления используется методология многошаговогоуправления. Алгоритм способен парировать возмущения, неучтённые при формировании номинального управления. Алгоритм соединяет достоинства многошагового управления, использующегоинформацию на основе прогнозирования движения, и метода последовательной линеаризации, использующего информацию о производных контролируемых функционалов задачи по формируемомууправлению.10Введение_____________________________________________________________________________________________________________Главы с четвёртой по шестую посвящены описанию результатов математического моделирования.
Численное решение задачформирования управления траекториями аэрокосмических аппаратов подтвердило эффективность численных методов на основе последовательной линеаризации, позволило выработать рекомендации по выбору численных параметров алгоритмов и отработатьпрограммное обеспечение. На основе математического моделирования решены новые задачи управления траекториями аэрокосмических аппаратов, подтверждено наличие больших манёвренныхвозможностей аэрокосмических аппаратов.В главах приведены результаты численного решения задачформирования управления траекториями аэрокосмических аппаратов при спуске в атмосфере с орбиты спутника Земли, при движении по суборбитальным траекториям, а также при повороте плоскости орбиты с использованием аэродинамических сил.
Для каждогокласса задач приведено общее описание рассматриваемой проблемы и необходимые численные данные. Для многих отдельных задачприведены математические формулировки, позволяющие оценитьих сложность.Численно решались задачи двух типов. К первому типу относятся задачи формирования номинального управления, имеющиеизвестное решение. На сравнении результатов, полученных с использованием численных методов на основе последовательной линеаризации, с известными решениями тех же задач, полученными спомощью принципа максимума, построено, в первом приближении,доказательство практической применимости разработанных методов и алгоритмов.Ко второму типу относятся новые, более сложные задачиформированияуправлениятраекториямиаэрокосмическихаппаратов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
