К задаче о разделении движений в динамике систем гиростабилизации
Авторы: Кузьмина Л.К.
Опубликовано в выпуске: #9(57)/2016
DOI: 10.18698/2308-6033-2016-9-1536
Раздел: Машиностроение и машиноведение | Рубрика: Машиноведение, системы приводов и детали машин
Развиваются понятия и методы классической теории устойчивости с обобщением принципа сведения для общего качественного анализа применительно к проблемам моделирования в динамике систем стабилизации, ориентации и управления. На основе развиваемого универсального подхода с комбинированием идеологии теории устойчивости А.М. Ляпунова и асимптотических методов теории возмущений предложена исходная постановка, позволяющая сводить решение задач моделирования и анализа динамики многомасштабных систем к регулярной схеме с декомпозицией системы. Приведены систематические процедуры для построения эквивалентных упрощенных систем в качестве систем сравнения. При этом в качестве порождающей системы и порождающего решения приняты укороченная (нелинейная по совокупности всех введенных переменных) система и ее решение. В отличие от традиционных подходов порождающая система сингулярно возмущенная, порождающее решение невырожденное. Применительно к задачам динамики механико-математических моделей для систем стабилизации, ориентации и управления с учетом их характерных структурных особенностей сконструирован алгоритм с использованием упрощенных моделей в качестве расчетных. Применяемая авторская методика, основанная на развитии идей Н.Г. Четаева и В.В. Румянцева, позволяет по разработанной схеме в рамках поставленной динамической задачи выделять в движении системы разнотемповые составляющие, разделять параметры и переменные в исходной системе на существенные и несущественные, выявлять "несущественные" степени свободы с последующим переходом к корректной укороченной модели (идеализированной в соответствующем смысле), с выяснением влияния отброшенных "неидеальностей" на динамические свойства. Решены задачи построения оптимальной механикоматематической модели, о минимальной модели (по Н.Н. Моисееву). Полученные результаты доведены до инженерного уровня. Приведены примеры для расчетных моделей систем гиростабилизации с выделением различных подклассов стабилизируемых объектов (малых спутников, больших космических станций) с возможностью разделения движений в динамике систем стабилизации и управления, многоосных систем, для случаев малых и больших стабилизируемых объектов. Применение фундаментальных теоретических результатов в инженерных задачах систем гиростабилизации позволит получить новые решения для приложений в задачах стабилизации, ориентации и управления, с возможностью разделения каналов стабилизации и управления в нелинейной постановке.
Литература
[1] Ляпунов А.М. Собрание сочинений в 5 т. Т. 2: Общая задача об устойчивости движения. Москва, АН СССР, 1956, с. 7-264.
[2] Четаев Н.Г. Об оценках приближенных интегрирований. ПММ, 1957, т. 21, № 3, с. 419-421.
[3] Воронов А.А. Введение в динамику сложных управляемых систем. Москва, Наука, 1985.
[4] Персидский К.П. Некоторые критические случаи счетных систем. Изв. АН Казах. ССР, сер. Математика и механика, 1951, № 5, с. 3-24.
[5] Kuzmina L.K. Dynamic Systems with Singular Perturbations. Dynamic systems and applications, Ser., 2001, vol. 3, pp. 351-358.
[6] Фролов К.В., Фурман Ф.А. Прикладная теория виброзащитных систем. Москва, Машиностроение, 1980.
[7] Меркин Д.Р. Гироскопические системы. Москва, Гостехиздат, 1956.
[8] Шиляк Д.Д. Децентрализованное управление сложными системами. Москва, Мир, 1991.
[9] Ишлинский А.Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. Москва, Наука, 1976.
[10] Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. Москва, Наука, 1974.
[11] Ljung L. System Identification: Theory for the User. Sweden, Prentice-Hall, 1987.
[12] Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. Москва, Наука, 1981.
[13] Campbell S.L. Singular Systems of differential equations. London, Pitman Advanced Publishing Program, 1980.
[14] Четаев Н.Г. Об устойчивых траекториях динамики. Сб. науч. тр. Казанского авиационного института, 1936, № 5, с. 3-18.
[15] Кузьмин П.А. Устойчивость при параметрических возмущениях. ПММ, 1957, т. 21, № 1, с. 129-132.
[16] Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. Москва, Наука, 1959.
[17] Kuzmina L.K. General Modelling Problems in Mechanics. SAMS, 1997, vol. 29, pp. 105-118.
[18] Kuzmina L.K. Asymptotic Approach to the General Problem of Modelling. Proc. IEEE-SMC, 1998, vol. 4.
[19] Кузьмина Л.К. О приемлемости упрощенных уравнений в динамике гироскопических систем. ПММ, 1988, т. 52, № 6, с. 915-924.
[20] Kuzmina L.K. Methods of Stability Theory for Singularly Perturbed Problems with Applications to Dynamics. WCNA Proceedings, vol. 2, Lakshmikantham, ed. Walter de Gruiter, Berlin, 1996, pp. 1279-1285.
[21] Кузьмина Л.К. К решению сингулярно возмущенной задачи об устойчивости. ПММ, 1991, т. 55, № 4, с. 594-601.
[22] Kuzmina L.K. Lyapunov Theory Methods in Stability Problems of Singular Systems. Int. J. Nonlinear Analysis: Theory, Methods and Applications, 2009, vol. 71, no. 12, pp. 2481-2485.
[23] Kuzmina L.K. A.M. Lyapunov Theory Methodology in Fundamental and Applied Problems of Singular Systems. Dynamic systems and applications, Dynamic Publishers, 2012, vol. 6, pp. 233-237.
[24] Алпатов А.П., Белоножко П.А., Белоножко П.П., Кузьмина Л.К., Тарасов С.В., Фоков А.А. Перспективы использования и особенности исследования динамики космических манипуляторов с упругими конструктивными элементами. Техническая механика, 2012, № 1, c. 82-93.
[25] Алпатов А.П., Белоножко П.А., Белоножко П.П., Григорьев С.В., Тарасов С.В., Фоков А.А., Кузьмина Л.К. Моделирование динамики упругих космических манипуляторов. Тр. X Междунар. симп. "Интеллектуальные системы". Москва, 2012, с. 369-373.
[26] Кузьмина Л.К., Дегтярев Г.Л., Сомов Е.И. Владимир Мефодьевич Матросов. Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем, 2011, т. 16, № 2 (33), с. 186-189.