Рекуррентно-итерационный алгоритм синтеза управления терминальной переориентацией космического аппарата на основе метода аналитического конструирования оптимальных регуляторов
Авторы: Пушкарь О.Д.
Опубликовано в выпуске: #9(117)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-9-2112
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов
Применение метода аналитического конструирования оптимальных регуляторов рассмотрено в формулировке А.А. Красовского для синтеза управления переориентацией космического аппарата из произвольного углового положения в заданную ориентацию в течение фиксированного интервала времени. В качестве численной реализации метода аналитического конструирования по критерию обобщенной работы выбран алгоритм с прогнозирующей моделью. Для того чтобы провести экспериментальные исследования методов оптимизации углового движения, была разработана и реализована на языке C# модель процесса управления переориентацией космического аппарата. Численные эксперименты показали, что исходный алгоритм не обеспечивает заданную точность конечной ориентации, а увеличение весовых коэффициентов в терминальном члене функционала с целью уменьшить ошибки ориентации приводит к потере устойчивости динамического процесса. Предложена модификация алгоритма с прогнозирующей моделью — рекуррентно-итерационный алгоритм решения задачи точной терминальной переориентации космического аппарата. Используемый в данном случае подход заключается в организации итерационной процедуры синтеза оптимального управления переориентацией космического аппарата на основе алгоритма с прогнозирующей моделью. Рассчитанное на каждой итерации оптимальное управление используется на следующем шаге итерационной процедуры в качестве очередной аддитивной составляющей программного управления. Численные эксперименты показали, что рекуррентно-итерационный метод решения задачи переориентации космического аппарата обеспечивает устойчивость углового движения и заданную точность конечной ориентации в широком диапазоне граничных условий. Область применения предложенного алгоритма ограничена объектами управления c непрерывной характеристикой исполнительных органов. Примером такого объекта управления является спутник дистанционного зондирования Земли с силовыми гироскопами (гиродинами) в системе ориентации.
Литература
[1] Зубов Н.Е., Ли Е.К., Ли М.В., Микрин Е.А., Поклад М.Н., Рябченко В.Н. Алгоритм вычисления программных значений компонент вектора угловой скорости при терминальном пространственном развороте космического аппарата в инерциальной системе координат. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2015, № 6, с. 3–20.
[2] Зубов Н.Е., Ли М.В., Микрин Е.А., Рябченко В.Н. Терминальное построение орбитальной ориентации космического аппарата. Известия РАН. Теория и системы управления, 2017, № 4, с. 154–173.
[3] Левский М.В. Квадратично-оптимальное управление в динамической постановке. Известия РАН. Теория и системы управления, 2018, № 1, с. 133–149.
[4] Платонов В.Н., Сумароков А.В. Обеспечение точностных характеристик стабилизации перспективного космического аппарата для дистанционного зондирования Земли. Известия РАН. Теория и системы управления, 2018, № 4, с. 177–188.
[5] Wang Z., Su Y., Zhang L. Fixed-time attitude tracking control for rigid spacecraft. IET Control Theory and Applications, 2020, vol. 14, no. 5, pp. 790–799.
[6] Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. Москва, Наука, 1973, 320 с.
[7] Красовский А.А., ред. Справочник по теории автоматического управления. Москва, Наука, 1987, 712 с.
[8] Буков В.Н. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом. Москва, Наука, 1987, 232 с.
[9] Пушкарь О.Д. Применение корректирующей обратной связи в алгоритме оптимального управления угловым движением твердого тела с использованием прогнозирующих моделей. Космонавтика и ракетостроение, 2019, № 4 (109), с. 15–35.
[10] Пушкарь О.Д. Рекуррентно-итерационный метод решения задачи терминальной переориентации космического аппарата с использованием прогнозирующих моделей. Космонавтика и ракетостроение, 2019, № 6 (111), с. 34–53.
[11] Пушкарь О.Д. Рекуррентно-итерационный алгоритм управления терминальной переориентацией космического аппарата с релейной характеристикой исполнительных органов. Космонавтика и ракетостроение, 2020, № 4 (115), с. 21–32.