Введение к работе
Актуальность темы. Среди задач управления КА одной на самых важных является задача управления его ориентацией, поскольку именно от этого зависит, в какой мере будет выполнена цель запуска аппарата.
В ряду устройств, используемых в системах ориентации КА,. видное место занимают силовые гиростабилизаторы. Задача построения управляющего момента, вырабатываемого ими И обеспечивающего заданное движение аппарата, за последние, десятилетия во многом решена благодаря усилиям целого ряда ученых, среди которых В.И;Зубов, Н.Н.Красовский, А.М.Летов, Б.В.Раушенбах, Е.Я.Смирнов, Е.Н.Токарь и другие.
В сравнении с другими устройствами целым рядом преиму-уществ обладают однороторные двухстепенные гироскопы (гиро-дины). Однако их применение порождает широкий круг проблем, связанных с особенностями конструкции гироданов. Функционирование системы гиродинов разделяют на два режима: основной и разгрузочный. Вопросы управления ориентацией носителя в аспекте прикладываемых к гиродинам управлений-в обоих режимах являются малоизученными. Среди работ в этом направлении можно отметить работы Е.Н.Токаря, Е.Я.Смирнова.
При работе гиросистемы в основном режиме для ее вектора суммарного кинетического момента G существуют такие положения, что система оказывается неспособной раавивать управляющий момент в некотором направлении. Это означает частичную . утрату работоспособности системы ориентации.
Для сокращения количества подобных ситуаций необходимо совершенствование закона управления гиррдинами. В частности, , при этом можно опираться на какую-либо функцию (критерий настройки), отражающую некоторым образом состояние гироскопической системы и такую, что ее максимизация приводила бы к конфигурации гироскопов, наилучшей в определенном смысле.
На сегодняшний день задача выбора критерия настройки и построения оптимального в вышеизлокенном аспекте управления аналитически не решена, не разработаны также и эффективные численные методы ее решения.
При переходе гиросистемы к режиму разгрузки, гиродины
переводятся в так называемое исходное положение. Это требует наличия критериев оценки возможности такого перевода и алгоритмов его осуществления,оптимальных по каким-то соображениям.
Для задач ориентации определенного рода, как то: космической связи, слежения за движущимся объектом и прочих, в условиях, когда параметры орбиты наблюдаемого объекта неизвестны, возникает необходимость определения таковых на основе измерительной информации какого-либо рода. Кроме того, вффективность управления ориентацией КА зависит от точности вычисляемых параметров, что в свою очередь обусловлено, в частности, погрешностями поступающих измерений. Следовательно, в процессе выполнения задачи, ориентации необходимо уточнять параметры орбиты объекта, отслеживая при этом качество измерений.
Исторически данная задача связана с классической задачей определения орбиты небесного тела по наблюдениям, ведущимся с Земли, для решения которой Лагранжем была предложена соответствующая система уравнений, носящая его имя. Проблема при втом сводилась к отысканию некоторого допустимого решения в той системы с помощью итеративных методов (Гаусса, Вяйселя и др.).
В нашем случае, когда неизвестны какие-либо ограничения на параметры орбиты наблюдаемого объекта, непосредственное применение классического аппарата для их определения становится невозможным в силу того, что система Лагранжа зачастую обладает несколькими интересующими нас решениями* из которых лишь одно соответствует реальному движению объекта. В такой ситуации представляется целесообразным нахождение всех допустимых решений упомянутой системы с последующей отбраковкой "лишних".
Измерительная информация о движении объекта, поступающая на аппарат-наблюдатель, обладает погрешностями, что сказывается- йа точности определения параметров орбиты. В целях повышения эффективности процесса ориентации КА требуется определить зависимость точности вычисляемых параметров от погрешностей измерительной информации и прочих ее характеристик, в также найти критерии оценки качества поступающих измерений в целях отбраковки неудовлетворительных..
Целью работы является исследование вопросов построения управления гироскопической системой ориентации КА в основном и разгрузочном режимах, а также проблем определения параметров орбиты наблюдаемого объекта и зависимости точности определения последних от свойств измерительной информации.
Методы исследований. В работе использованы методы математической теории управления, теоретической механики, численных методов.
Научная новизна. Основные результаты диссертации таковы:
-
предложены критерии настройки системы гиростабили-. заторов;
-
определены условия перевода гиродинов в заданное исходное положение, предложены алгоритмы, реализующие указанную операцию;
-
исследован вопрос существования допустимых решений системы Лагранжа;
-
установлена зависимость .точности определения параметров орбиты наблюдаемого объекта от погрешностей измерительной информации, прочих ее характеристик;
-
разработаны критерии оценки качества измерительной информации.
Практическая ценность. Полученные в работе результаты могут использоваться при разработке и совершенствовании законов управления гироскопической системой. По результатам, относящимся к проблеме определения параметров орбиты движущегося объекта, разработан комплекс программ определения, погрешности параметров орбиты и качества поступающих измерений в целях отбраковки неудовлетворительных Из них. Данный комплекс вошел пакет предварительного определения параметров. орбит "ОРБИТА-М", разработанный в лаборатории теории стабилизации и процессов моделирования СФПК СПОТУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах лаборатории теории стабилизации и процессов моделирования СНШ, на научных конференциях факультета ПМ-ПУ Санкт-Петербургского университета (1989,1991 гг.), на Всесоюзной конференции "Аналитические преобразования на ЭВМ в автоматизации научно-исследовательских работ" (Вильнюс, 1990 г.).
- б -
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-4].
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, двух глав, двух приложений и списка цитированной литературы, содержащего 63 наименования. Объем работы составляет 20?страниц машинописного текста, включая рисунки.