Способ автоматического управления производительностью генератора кислорода в системе жизнеобеспечения пилотируемого космического объекта
Владельцы патента RU 2759015:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (RU)
Изобретение относится к системам жизнеобеспечения пилотируемых космических объектов (ПКО). В предлагаемом способе производительность генератора кислорода изменяют пропорционально сумме двух сигналов. Первый сигнал снимают с выхода пропорционально-интегрального регулятора рассогласования между заданной концентрацией кислорода в атмосфере гермоотсека ПКО и текущего значения этой концентрации. Второй сигнал снимают с выхода пропорционального регулятора производительности генератора кислорода по численному составу экипажа в гермоотсеке. Численный состав экипажа определяют по порядку срабатывания дверных устройств переходного шлюза, либо по сигналу метки, которой снабжают каждого члена экипажа, в блок управления, связанный с пропорциональным регулятором по численному составу. Техническим результатом является обеспечение высокой точности стабилизации парциального давления кислорода в гермоотсеке ПКО. 2 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к способам управления газовым составом атмосферы гермоотсека для пребывания экипажа пилотируемого космического объекта, например, управление производительностью генератора кислорода.
Задача создания автоматизированной системы управления (АСУ) для комплекса систем жизнеобеспечения (КСЖО) на пилотируемом космическом объекте на сегодня не решена. [Jones H.W. Controls and Automation Research in Space Life Support // 49th International Conference on Environmental Systems, Boston, Massachusetts, USA, 7-11 July 2019, ICES-2019-12, pp. 12]. Численность экипажа на долговременных космических станциях практически постоянная. Изменения происходят при смене экипажа. На Международной космической станции отсутствует АСУ производительностью КСЖО как взаимосвязанной совокупности отдельных систем. Задание требуемой производительности систем в составе КСЖО (в том числе и производительности генератора кислорода) осуществляется в ручном режиме оператором на Земле или космонавтом на борту. На планетной базе это будет невозможно, т.к. там будет множество гермоотсеков для пребывания экипажа планетной базы с изменяющимся численным составом в каждом гермоотсеке. [Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы. Научн. ред.: Легостаев В.П., Лопота В.А. М.: РКК «Энергия». 2011. 584 с.]
Техническим результатом заявляемого способа является обеспечение - высокой точности стабилизации парциального давления кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта.
Заявленный технический результат достигается тем, что согласно способу управления производительностью генератора кислорода для жизнеобеспечения пилотируемого космического объекта производительность генератора кислорода изменяют пропорционально сумме двух сигналов: выходного сигнала от пропорционально-интегрального регулятора рассогласования между заданной концентрацией кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта и текущего значения этой концентрации; и выходного сигнала от пропорционального регулятора по численному составу экипажа в гермоотсеке.
Численный состав экипажа в гермоотсеке можно определять по порядку срабатывания дверных устройств переходного шлюза.
Либо для определения численного состава снабжают каждого члена экипажа меткой, которая передает сигнал в блок управления, связанный с пропорциональным регулятором по численному составу.
Главным возмущающим фактором по газовому составу атмосферы является изменение численного состава экипажа в гермоотсеке пилотируемого космического объекта. [Зарецкий Б.Ф., Морозов Г.И., Курмазенко Э.А., Прошкин В.Ю. Система управления средствами жизнеобеспечения экипажа космической станции. // Пилотируемые полеты в космос. 2015. №2. С. 49-66.] При постоянном изменении численного состава экипажа в изолированном гермоотсеке целесообразно осуществлять автоматическое регулирование производительности генератора кислорода пропорционально текущему численному составу экипажа согласно уравнению:
где: u2(τ) - управляющий сигнал по возмущению для производительности генератора кислорода; n(τ) - численность экипажа в текущий момент времени τ; q[чел] - среднее потребление кислорода одним членом экипажа.
При этом контроль численности экипажа можно осуществлять разными способами.
1. У гермоотсека имеется шлюз, позволяющий фиксировать выход члена экипажа наружу, или вход члена экипажа в гермоотсек. При этом в первом случае сначала срабатывает наружная дверь шлюза, а потом внутренняя. И при таком порядке срабатывания численность экипажа в гермоотсеке увеличивается на единицу. Во втором случае сначала срабатывает внутренняя дверь шлюза, а потом наружная. При таком порядке срабатывания численность экипажа уменьшается на единицу.
2. Каждый член экипажа снабжен электронной меткой со своим кодом. Сигнал с метки поступает в компьютер гермоотсека и таким образом контролируется численность экипажа.
Управлением только по возмущению трудно обеспечить заданную концентрацию кислорода, поскольку люди имеют разное потребление кислорода. Поэтому необходим пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор для согласования разницы индивидуального и коллективного потребления кислорода. ПИ-регулятор:
где u1(τ) - управляющий сигнал по рассогласованию для значения производительности генератора кислорода; р1[зад] - заданное парциальное давление кислорода в гермоотсеке; 
- соответственно, коэффициенты усиления пропорциональной и интегральной составляющей регулятора; р1(τ) - текущее значение парциального давления кислорода в гермоотсеке, V - объем гермоотсека, Р - общее давление атмосферы в гермоотсеке.
Предлагаемый способ управления представляет собой реализацию комплексного алгоритма управления по рассогласованию и по возмущению:
u(τ)=u2(τ)+u1(τ) или
Способ управления реализуемый по выражению (3) обеспечивает высокую точность стабилизации парциального давления кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта, что обеспечивает выживаемость и комфортность экипажа при надежной работе АСУ КСЖО. Это подтверждено с помощью имитационного моделирования всего контура управления парциальным давлением кислорода в атмосфере гермоотсека.
Реализация предлагаемого способа управления позволяет обеспечить управление в АСУ КСЖО.
1. Способ управления производительностью генератора кислорода для жизнеобеспечения пилотируемого космического объекта, характеризующийся тем, что производительность генератора кислорода изменяют пропорционально сумме двух сигналов:
- выходного сигнала от пропорционально-интегрального регулятора рассогласования между заданной концентрацией кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта и текущего значения этой концентрации и
- выходного сигнала от пропорционального регулятора по численному составу экипажа в гермоотсеке.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что численный состав экипажа в гермоотсеке определяют по порядку срабатывания дверных устройств переходного шлюза.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения численного состава снабжают каждого члена экипажа меткой, которая передает сигнал в блок управления, связанный с пропорциональным регулятором по численному составу.
