Способ управления ориентацией космического объекта

 

Использование: системы прецизионной ориентации космич.объектов релейного типа . Сущность изобретения: при использовании для создания управляющих моментов маховичного двигателя ориентации измеряют угловую скорость вращения маховика, определяя ее граничное значение в состоянии движения, когда весь кинетич.момент сосредоточен в маховике, а уменьшение величины управляющего момента производят при совпадении измеренного значения угловой скорости с указанным граничным ее значением, причем маховичный двигатель включают всякий раз при выходе системы ориентации из зоны нечувствительности и выключают при входе в эту зону, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sI)s В 64 G 1/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (I OCI ATE HT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ к-i р1+i Q, (1) (21) 4872294/23 (22) 31.07.90 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Г.Е.Ануприенко (73) Киевский политехнический институт (56) Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н, Управление ориентацией космических аппаратов,—

М.: Наука, 1974 r., с.210 — 213.

Каргу Л.И. Системы угловой стабилизации космических аппаратов. — М.: Машиностроение, 1973, с.72-89, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИЕЙ КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Изобретение относится к управляющим средствам летательных аппаратов и может найти применение для прецизионной ориентации в пространстве космических объектов (КО).

Цель изобретения — упрощение реализации способа и повышение его помехозащищенности, Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. изображена фаэовая плоскость в координатах углового отклонения объекта р и угловой скорости объекта р- для одного канала ста-, . Г билизации, при этом верхнему и нижнему пороговому значению углового отклонения соответствуютпрямыелинии р=р и p= .

Часть плоскости, заключенной между этими линиями, представляет собой зону нечувствительности.

„„ 4 „„1811500 А3 (57) Использование: системы прецизионной ориентации космич,объектов релейного типа. Сущность изобретения: при использовании для создания управляющих моментов маховичного двигателя ориентации измеряют угловую скорость вращения маховика, определяя ее граничное значение в состоянии движения, когда весь кинетич.момент сосредоточен в маховике, а уменьшение величины управляющего момента производят при совпадении измеренного значения угловой скорости с указанным граничным ее значением, причем маховичный двигатель включают всякий раз при выходе системы ориентации из эоны нечувствительности и выключают при входе в эту зону, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ, согласно изобретению, осуществляется следующим образом, Пусть в начале процесса управления объект находится в точке 1 фазовой плоскости (фиг.). Допустим, что в данный момент времени по данному каналу управления накоплен кинетический момент К, Тогда в точке 1 справедливо равенство: где индексы указывают точку на фазовой плоскости.

1 и 1 — моменты инерции объекта с маховиком и маховика в отдельности соответственно, а Й вЂ” угловая скорость маховичного двигателя.

Поскольку точка 1 находится вне зоны нечувствительности, прикладывают к объек1811500 к= ps+I Qs, К= У4+ 04 к=1 У5+ Я, p4,= О.

Ф =(2) т.к, кинетический момент К вЂ” медленно изменяющаяся величина, и. потому принимается К сопм.

Из выражений (2) получаем (3) т.е, в точке 4 фазовой траектории, лежащей на оси 04 (p4 = О), накопленный кинетический момент сосредоточен в маховике маховичного двигателя, а угловая скорость вращения маховика, которую назовем критической, равна среднему арифметическому двух значений угловых скоростей вращения маховика, измеренных при последовательных пересечениях фиксированной границы эоны нечувствительности во вэаимопротивоположных направлениях, при этом следует отметить, что данный вывод сделан в предположении, что управляющий момент— постоянный по величине. Таким образом, во всех точках, лежащих на оси Ор при К =

const имеет место адно и то же значение угловой скорости вращения маховика маховичного двигателя, В точке 5 при входе в зону. нечувствительности маховичный двигатель выключается и аналогично — как после точки 2— объект движется по инерции (с постоянной ту управляющий момент путем включения маховичного двигателя. Изменение фазового состояния объекта будет происходить по фазовой траектории 1-2, которая при постоянном значении управляющего момента является параболой с осью симметрии 0 p, B точке 2 объект попадает в зону нечувствительности, и маховичный двигатель выключают. Изменение фазового состояния объекта будет происходить по фазовой траектории 2-3 (или по инерции, или под действием некоторого возмущающего момента, как показано, например, на фигуре). В точке 3 объект выходит из зоны нечувствительности, и включают маховичный двигатель. Фазовой траекторией будет симметричная относительно оси Ор парабола

3-4-5, а поэтому справедливы следующие соотношения: скоростью) или — как на фиг. — под действием возмущающего момента до точки 6.

В точке 6 при выходе из зоны нечувстament. ности включают маховичный двигатель, измеряют угловую скорость его вращения Q и сравнивают с критической, т.e. A; движение происходит по параболе

6 — 7, В точке 7 угловая скорость & становится равной критической — уменьшают ве10 личину управляющего момента, например выполняют частотную модуляцию (уменьшение в среднем) управляющего момента.

В связи с уменьшением величины управляющего момента движения объекта на фаэовой плоскости будет отображаться параболой 7 — 8 с меньшей крутизной

dp/dp, чем парабола 6 — 7, при одном и том

20 (4) / 8/ < /ps /

40

55 же угловом отклонении от вершины. В связи с этим угловая скорость в точке 8 по абсолютной величине меньше, чем в точке

6, т.е.

В точке 8 при входе в зону нечувствительности маховичный двигатель выключают, Если угловая скорость

/ рв / достаточно мала, то фазовая траектория может иметь вид 8 — 9-10, т,е, возмущающий момент вновь выведет объект из зоны нечувствительности в сторону р> О. Поскольку возмущающий момент на небольшом временном интервале (время движения на участке 8 — 9 — 10) можно принять постоянным по величине, то аналогично. как на участке 3 — 4-5, можно определить граничное значение угловой скорости вращения маховика Q следующим образом;

Р 4 Р3+ РО

2 где Gb и Q>p — измеренные и запомненные значения угловой скорости маховика при входе и выходе из зоны нечувствительности.

Из выражений 3 и 5 следует, что граничное значение угловой скорости вращения маховика можно определять путем измерения двух значений угловой скорости вращения маховика при последовательных пересечениях фиксированной границы зоны нечувствительности в взаимопротивоположных направлениях и вычисления среднего арифметического этих двух значений, при этом существенно, чтобы на интервале времени между указанными измерениями двух значений угловой скорости к объекту прикладывался постоянный по величине момент. управляющий плюс воз1811500

10

/@12 / /@10/

/6/

30

55 мущающий (вне эоны нечувствительности) или только возмущающий (внутри зоны нечувствительности).

В точке 10 при выходе из зоны нечувствительности включают маховичный двигатель, измеряют угловую скорость его вращения И; движение происходит по параболе 10-11, Когда в точке 11 выполнится равенство Q1 = Я, уменьшают величину управляющего момента, аналогично, как в точке 7, В связи с уменьшением момента в точке 11 величина угловой скорости объекта в точке 12 по абсолютной величине будет меньше, чем в точке 10; т.е. аналогичный эффект, как и на траектории 6 — 7 — 8 (см. выражение (4).

Такой эффект достигается всегда, когда происходит уменьшение управляющего момента после достижения угловой скоростью вращения маховика граничного значения.

Как видно из диаграммы, если угловая скорость объекта при входе в зону нечувствительности меньше, чем скорость выхода из зоны нечувствительности, то такой процесс управления приводит к демпфированию колебаний, уменьшаются амплитуды колебаний объекта как по скорости р, так и по угловому отклонению р.

При неизменном накопленном значении кинетического момента К, как видно из первого выражения 3, граничное значение угловой скорости вращения маховика будет постоянным, и для управления ориентацией достаточно произвести его определение один раз. В действительности, с течением времени под воздействием внешнего возмущающего момента величина К изменяется, и поэтому необходимо в процессе управления ориентацией повторять — и таким образом уточнять — граничное значение угловой скорости вращения маховика, Приборно способ реализуется, например, следующим образом, При помощи чисто релейного прибора измерения углового отклонения формируется релейный сигнал, определяющий верхний и нижний пороги углового отклонения, Если релейный сигнал отсутствует, то маховичный двигатель не включают. При появлении релейного сигнала — a зависимости от того, какой порог — верхний или нижний— включают маховичный двигатель в том или обратном направлении. Измеряется угловая скорость вращения маховика, например, при помощи тахогенератора.

Запоминаются два значения угловой скорости вращения маховика при последовательных появления и исчезновениях (исчезновениях и появлениях) релейного сигнала, соответствующего одному и тому же nopory (верхнему или нижнему). Вычисляется среднее арифметическое указанных двух значений, т.е. определяется граничное значение угловой скорости вращения маховика. 3атем каждый раз, когда при наличии релейного сигнала угловая скорость вращения маховика становится равной граничному значению, уменьшают абсолютную величину управляющего момента, развиваемого маховичным двигателем. Граничное значение периодически контролируют (определяют) с течением времени, Таким образом, способ приборно реализуется с использованием чисто релейного прибора измерения углового отклонения, реализующего только верхний и нижний пороги углового отклонения, Такие приборы значительно проще и надежнее и более помехоустойчивы, чем измерительные приборы непрерывного или дискретного измерения.

Формула изобретения

1. Способ управления ориентацией космического объекта, включающий формирование релейного сигнала по угловому отклонению объекта в одном из каналов стабилизации. приложение к объекту управляющего момента путем включения маховичного двигателя ориентации, уменьшение величины управляющего момента за пределами эоны нечувствительности, ограниченной верхним и нижним пороговыми значениями углового отклонения, о т л и ч аю шийся тем. что, с целью упрощения реализации способа и повышения его помехоэащищенности. измеряют угловую скорость вращения маховика в маховичном двигателе, определяя ее граничное значение в состоянии углового движения, когда весь кинетический момент сосредоточен в маховике, а уменьшение величины управляющего момента производят при совпадении текущего измеренного значения угловой скорости вращения маховика с указанным граничным значением, причем маховичный двигатель включают всякий раз при выходе из зоны нечувствительности и выключают при входе в эту зону.

2. Способ по п,1, отличающийся тем, что граничное значение угловой скорости вращения маховика определяют путем измерения двух значений угловой скорости вращения маховика при последовательных пересечениях фиксированной границы зо1811500 ны нечувствительности во взаимно противоположных направлениях и вычисления среднего арифметического этих двух значений.

Составитель А. Андреев

Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева

Редактор

Заказ 1461 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород. ул,Гагарина, 101