Подавление влияния инструментальных возмущений локально инвариантным масштабированием физической модели угловой стабилизации космического аппарата
Авторы: Симоньянц Р.П., Пилипчук С.В., Шевченко В.В., Болотских А.А., Булавкин В.Н.
Опубликовано в выпуске: #2(98)/2020
DOI: 10.18698/2308-6033-2020-2-1959
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Инновационные технологии в аэрокосмической деятельности
Рассмотрен метод физического моделирования в наземных условиях движения космического аппарата вокруг неподвижной оси. Исследуемые динамические режимы в естественном масштабе параметров и переменных могут быть реализованы только при чрезвычайно малой величине диссипации кинетической энергии. Реально достижимый минимум трения для стенда простой конструкции существенно превышает требуемые значения. В актуальных режимах экономичных предельных циклов характеристики моделируемого процесса сильно искажаются, что приводит к непригодности стенда физического моделирования для практического применения. Эту проблему обычно решают путем усложнения конструкции стенда за счет применения воздушного или магнитного подвеса. Предложен инновационный метод инвариантного масштабирования, основанный на принципе динамического подобия автоколебательных процессов. Его применение позволяет радикально снизить влияние трения на характеристики физически моделируемых режимов при наземной стендовой отработке алгоритмов управления. Проведено компьютерное моделирование с применением этого метода, подтвердившее его высокую эффективность. Аналитически и численными экспериментами показано, что точность моделирования можно повысить радикально. Приведен пример снижения ошибки моделирования в 200 раз.
Литература
[1] Зубов Н.Е., Микрин E.A., Негодяев C.C. и др. Оптимизация законов управления орбитальной стабилизации космического аппарата. Труды МФТИ, 2012, т. 4, № 2, с. 164–175.
[2] Симоньянц Р.П. Квантово-механическая модель динамики релейно-импульсного управления. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2016, № 3, c. 88–101. DOI: 10.18698/0236-3933-2016-3-88-101
[3] Симоньянц Р.П. Обеспечение качества процессов управления в релейной системе без датчика скорости. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, № 10, с. 152–178.
[4] Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. Москва, Наука, 1976, 600 с.
[5] Гаушус Э.В. Исследование динамических систем методом точечных преобразований. Москва, Наука, 1976, 368 с.
[6] Иванов Д.С., Карпенко С.О., Овчинников М.Ю., Ролдугин Д.С., Ткачев С.С. Лабораторные испытания алгоритмов управления ориентацией микроспутника «Чибис-М». Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша № 40, 2011, 29 с.
[7] James J., Howell W.E. Simulator study of a satellite attitude control system using inertia wheels and a magnet. Langley Research Center, Langley Station, Humpton, Va. NASA technical note 63-21893, Oct. 1963.
[8] Schwartz J.L., Hall C.D. The Distributed Spacecraft Attitude Control System Simulator: Development, Progress, Plans. URL: htpp://www.dept.aoe.vt.edu/canall/papers/FMS03.pdf (дата обращения 27.10.2019).
[9] Boise J., Royce O., Bowden J., Glover F., Kelly J.P., Westwig E. Panel: simulation optimization: future of simulation optimization. In WSC ’01: Proceedings of the 33nd Conference on Winter simulation, Washington, DC, USA, 2001. IEEE Computer Society, pp. 1466–1469.
[10] Wright J.W. Advancements of in-flight mass moment of inertia and structural deflection algorithms for satellite attitude simulators. Dissertation. Ohio, 2015. AFIT-ENY-DS-15-M-261.
[11] Kato T., Heidecker A., Dumke M., Theil S. Three-axis disturbance-free attitude control experiment platform: FACE. Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan, 2014, vol. 12, no. 29, pp. 1–6.
[12] Rossini L., Onillon E., Chetelat O., Allegradra C. Electromagnetic force simulations on a reaction sphere for satellite attitude control. COMSOL Conference, Paris, 2010, pp. 1–4.
[13] Yamafuji K., Morishita T., ed. Advances in Superconductivity VII: Proceedings of the 7th International Symposium on Superconductivity (ISS’94), November 8–11, 1994, Kitakyushu. Springer Science & Business Media, 2012, vol. 1, 1272 p.
[14] Колесников А.А. Метод синтеза системы управления колебаниями перевернутого маятника с инерционным маховиком. Вестник Донского государственного технического университета, 2013, № 3–4 (72–73), с. 64–71.
[15] Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. Москва, Наука, 1977, 440 с.