Параметрическая идентификация космической транспортной системы и воздушно-космических аппаратов

Определение неизвестных параметров, входящих в полную математическую модель, описывающую динамику полета космической транспортной системы и воздушно-космических аппаратов. Задачи параметрической идентификации в космосе и управления движением аппаратов.

Рубрика Астрономия и космонавтика
Вид монография
Язык русский
Дата добавления 12.11.2018
Размер файла 451,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Отметим, что модель углового движения в канале тангажа не учитывает влияние трения в подвесе и весового дисбаланса и поэтому вполне адекватна реальному полету. При спуске в атмосфере ВКА может выполнить тестовые развороты и провести другие операции, подобные проводимым в трубе, тогда идентифицированная в полете характеристика позволит существенно улучшить качество управления последующим полетом в атмосфере одним из двух способов, указанных в разделе 2. В динамических испытаниях идентифицированные коэффициенты и функциональной модели ВКА представляют начальные приближения для последующей идентификации трения и весового дисбаланса. Например, при сухом трении в подвесе уравнения (114) и (124) становятся неоднородными, а влияние весового дисбаланса проявится в аддитивной поправке к коэффициенту , уменьшающей или увеличивающей ускорение от аэродинамического момента.

Таким образом, на основе аналитического решения дифференциальных уравнений и измерений реальных параметров углового движения ВКА в полете по углам тангажа получены простые выражения для идентификации аэродинамических коэффициентов. Это формулы (121), (122) за полупериод свободных колебаний в атмосфере с сопротивлением, пропорциональным скорости, и формулы (130), (132) за один период свободных колебаний в атмосфере с сопротивлением, пропорциональным квадрату скорости. Результаты применимы при проектировании управляемых ЛА, разработке бортовых алгоритмов системы управления и последующей идентификации других параметров макета ВКА.

В общем случае динамические испытания функциональных моделей в аэродинамической трубе обеспечивают разработку, отработку и проверку новых принципов и методов управлений угловым движением, которые являются основой общего управления (центром масс и вокруг центра масс). В том числе, сравнение измеренных экспериментальных данных с результатами численного моделирования. К таким методам управления относятся многошаговое терминальное управление и разрывные управления на скользящих режимах.

6. Идентификация ракетных двигателей при посадке МКТС

Задача причаливания зондирующей МКТС к астероиду, представляющему угрозу столкновения с Землёй, для установки на нём измерительной аппаратуры, позволяющей более точно прогнозировать движение астероида, является частной задачей посадки МКТС. С помощью ракетного двигателя МКТС получает необходимое поступательное ускорение, противоположное направление которого обеспечивается соответствующим угловым разворотом МКТС вместе с двигателем. В большинстве случаев программная траектория посадки состоит из трёх типовых промежутков, из которых на первом и третьем двигатель создаёт соответственно разгон и торможение, а на втором отрезке двигатель отключён. Задавая определённую длительность причаливания, паузу делают достаточно продолжительной, чтобы выполнить необходимый угловой разворот, провести параметрическую идентификацию ракетного двигателя и построить новую программную траекторию торможения, адекватную реальным условиям полёта [8]. Исходными данными для идентификации характеристик двигателя являются результаты инерциальных измерений параметров поступательного движения ракеты. Выходными данными идентификации являются величина линейного ускорения и постоянные времени двигателя при пуске и останове [3].

6.1 Математическая модель и постановка задачи причаливания

Закон управления тягой двигателя на программной траектории причаливания МКТС к астероиду показан на рис. Он состоит из разгонного и тормозного импульсов, разделённых паузой . Поступательное движение МКТС при разгоне и во время паузы с учётом динамики нарастания и убывания тяги двигателя охватывает четыре типовых промежутка составной траектории и описывается следующими дифференциальными уравнениями:

(133)

,

где - относительная скорость сближения; - расстояние между ракетой и астероидом; - ускорение, получаемое ракетой при работе двигателя на разгон (знак плюс) и торможение (знак минус). Величины и определяются проекциями касательных к кривой изменения силы тяги на линию установившегося значения силы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. Закон изменения силы тяги ракетного двигателя

Для системы дифференциальных уравнений (133) заданы начальные условия:

, , , (134)

при которых начинается сближение, и конечные параметры, с которыми причаливание завершается:

, , , (135)

где время задано.

6.2 Программирование траектории и параметрическая идентификация

Решение задачи параметрической идентификации заключается в программировании траектории поступательного движения ракеты, выполнении полёта ракеты под действием закона управления, полученного в программировании, измерении действительных параметров движения в определённые моменты программного движения и вычислении действительных характеристик двигателя по формулам, получаемым из анализа программного движения [71].

Программирование заключается в построении программной траектории под действием закона управления, устанавливающего зависимость изменения силы тяги ракетного двигателя от времени, при котором ракета из известного начального состояния (134) переходит в конечное состояние с заданными параметрами (135). При заданных величинах ускорения и постоянных времени двигателя и искомыми неизвестными являются управляющие параметры: - момент начала останова двигателя после разгона и - момент выхода двигателя на установившийся режим при торможении. Проводя интегрирование уравнений движения (133) последовательно промежуток за промежутком, принимая в качестве начальных условий на текущем промежутке параметры движения в конце предыдущего промежутка, после седьмого отрезка получим два нелинейных алгебраических уравнения, разрешаемые относительно искомых неизвестных и .

1. Интегрированием соответствующих уравнений движения из системы (133) на первом полуинтервале, , когда происходит пуск двигателя, получаем выражения:

,

. (136)

Теперь предполагая, что произошёл реальный полёт, в течение которого тяга двигателя вышла на установившийся режим, приходим к двум уравнениям (136), легко разрешаемым относительно идентифицируемых параметров и , в которых , - параметры движения, вычисленные инерциальной системой управления по измеренным величинам поступательного ускорения.

2. Интегрирование соответствующих уравнений движения из системы (133) на втором полуинтервале, , когда двигатель в установившемся режиме создаёт тягу для разгона, с начальными условиями (136), приводит к системе из двух уравнений с такими же неизвестными и :

,

. (137)

где , - параметры движения, вычисленные инерциальной системой управления по измеренным величинам поступательного ускорения в момент , фиксируемый в полёте по закону управления. Из первого уравнения (137) выразим ускорение:

. (138)

Выражение (138) подставим во второе уравнение (137) и после преобразований получим формулу для вычисления значения первой постоянной времени двигателя:

.(139)

Выражение (139) подставим в (138) и после несложных преобразований получим формулу для вычисления идентифицированной величины ускорения:

,(140)

где , - параметры движения измеренные в момент инерциальными датчиками.

3. Интегрирование соответствующих уравнений движения из системы (133) на третьем полуинтервале, , с начальными условиями (137), когда начинается останов двигателя, приводит к следующим уравнениям относительно идентифицируемых параметров и :

,

, (141)

где ускорение идентифицировано на полуинтервале траектории установившейся работы двигателя (140).

Из первого уравнения (141) выразим постоянную времени двигателя при останове через постоянную времени при пуске :

. (142)

Выражение (142) подставим во второе уравнение (141) и после преобразований получим:

. (143)

Подстановка (143) в выражение (142) даёт формулу для вычисления постоянной времени двигателя при останове:

. (144)

В формулах (143), (144) использованы следующие обозначения: , - параметры движения, измеренные в момент , соответствующий обнулению тяги после разгона; - момент начала останова двигателя после разгона; , - значения параметров движения, измеренные в момент начала сближения ; - поступательное ускорение, идентифицированное в установившемся режиме по формуле (140).

Теперь по идентифицированным параметрам (140), (143), (144), формируется уточнённая программная траектория торможения МКТС, структура закона управления на которой будет отличаться от исходной структуры, принятой до идентификации. Если величина тяги ракетного двигателя не регулируется, то она содержит один изменяемый управляющий параметр - это момент окончания торможения , совпадающий с моментом причаливания МКИС к астероиду, с помощью которого регулируется либо скорость, либо расстояние. Если двигатель допускает дросселирование, т.е. позволяет изменять силу тяги в определённых пределах, то структура закона управления будет содержать два управляющих параметра, которые позволяют регулировать оба конечных параметра движения.

Таким образом, на промежутке разгона проведена параметрическая идентификация ракетного двигателя. Для неё составлена траектория причаливания зондирующей МКТС к астероиду. Она состоит из типовых промежутков разгона и торможения, разделённых паузой в работе ракетного двигателя, пуск и останов которого описываются экспоненциальными зависимостями с соответствующими постоянными времени,. Установленные действительные значения линейного ускорения и постоянных времени двигателя используются в построении скорректированной в полёте программной траектории торможения на завершающем этапе причаливания к астероиду. Траектория либо стабилизируется по обратной связи с помощью дополнительных малых ракетных двигателей, либо воспроизводится по схеме многошагового управления при отсутствии дополнительных двигателей. Предложенная методика параметрической идентификации ракетного двигателя применима в решении других задач мягкой посадки МКТС, например, при разработке адаптивных алгоритмов прилунения.

Библиографический список

1. Мещанов А.С. Скользящие режимы с заданными размерностью и качеством в системах с линейными стационарными объектами при неопределенности // Авиакосмическое приборостроение. - 2009. - № 2. - С.22-27.

2. Мещанов А.С., Давлетшина Л.А. Многоуровневое векторное управление линейными стационарными объектами на скользящих режимах заданного порядка и качества при неопределенной и неполной информации // Вестник КГТУ. - 2013. - № 1. - С.131-139.

3. Мещанов А.С. О режимах движения системах с разрывом управления на двух гиперплоскостях // Изв. вузов. Авиационная техника. - 1976. - № 2. - С.61-67.

4. Мещанов А.С. Режимы скольжения, переключений и линейного векторного управления с заданным качеством переходных процессов при неопределенности // Изв. вузов. Авиационная техника. - 2010. - № 4. - С.12-18.

5. Мещанов А.С. Методы построения многообразий скольжения и управления спутником наблюдения с инерционными приводами при неопределенности // Изв.вузов. Авиационная техника. - 2009. - № 3. - С.17-23.

6. Бобылев Н.А., Бурков В.Н., Коровин С.К. и др. Станислав Васильевич Емельянов (к 70-летию со дня рождения). Избранные труды С.В.Емельянова // Автоматика и телемеханика. - 1999. - № 5. - С.5-19.

7. Системы с переменной структурой и их применение в задачах автоматизации полета / Под ред. Б.Н Петрова и С.В. Емельянова. M.: Наука, 1968. - 324 с.

8. Изосимов Д.Б., Рывкин С.Е. Скользящий режим в электроприводе. Аналитический обзор. М., 1993 (Препринт/Институт проблем управления). - 135 c.

9. Дегтярев Г.Л., Мещанов А.С. Управление на скользящих режимах при неполной информации. I // Вестник КГТУ. - 2012. - № 2. - С.253-259. II // Вестник КГТУ. - 2012. - № 3. - С.171-176.

10. Drazenovic B. The invariance condition in variable structure systems// Automatica. 1969. Vol. 5, № 3. - P.287-295.

11. Филиппов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывными правыми частями. // Матем. сб. 1960, т.51(93). - № 1. - С.99-128.

12. Мещанов А.С. О приведении в скользящий режим многомерных разрывных систем с нелинейным нестационарным объектом управления. В кн.: “Устойчивость движения”, Новосибирск: Наука, 1985. - С.230-234.

13. Мещанов А.С. Приведение линейных стационарных объектов на многообразия скользящего режима при неопределенностях// Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. - 2013. - № 2. - С.157-163.

14. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. - М.: Машиностроение, 1976. - 184 с.

15. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами. - М.: Наука, 1976. - 424 с.

16. Мещанов А.С. Уравнения скольжения на подвижных многообразиях и синтез векторных управлений для нелинейных объектов при неопределенных возмущениях. Вестник КГТУ им.А.Н. Туполева. - 2008. - № 2. - С.51-56.

17. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. - М.: Мир, 1971.- 400 с.

18. Квакернах Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. - М.: Мир, 1977. - 650 с.

19. Степанов В.В. Курс дифференциальных уравнений. М.: Физматгиз, 1959. - 486 с.

20. Теория систем с переменной структурой / Под ред. С.В. Емельянова. - М.: Наука, 1970. - 592 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Общая характеристика и направления деятельности организации. Общие сведения об энергоснабжении космических аппаратов, особенности использования солнечных батарей. Химические источники тока. Выбор параметров солнечных батарей и буферных накопителей.

    отчет по практике [195,1 K], добавлен 16.04.2016

  • Проект "Вега" (Венера - комета Галлея) был одним из самых сложных в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из изучения атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов и аэростатных зондов.

    доклад [9,6 K], добавлен 24.01.2004

  • Космические аппараты исследования природных ресурсов Земли и контроля окружающей среды серии Ресурс-Ф. Основные технические характеристики КА Ресурс-Ф1 и фотоаппаратуры. Космические аппараты космической медицины и биологии КА Бион, материаловедения Фотон.

    реферат [6,0 M], добавлен 06.08.2010

  • Описание, конструкция и траектория полетов основных видов космических аппаратов, а также анализ проблем их энергопитания бортовой аппаратуры. Особенности разработки и создания автоматизированных систем управления эксплуатацией летательных комплексов.

    контрольная работа [24,2 K], добавлен 15.10.2010

  • Проектирование систем десантирования и дрейфа для изучения планет Солнечной системы с помощью автоматических космических аппаратов. Формирование возможных вариантов морфологических матриц данных систем. Конструкция пульсирующего детонационного двигателя.

    реферат [22,2 K], добавлен 22.10.2015

  • Основы государственной космической программы Российской Федерации в области космической деятельности. Направления работ в данной области исследований. Содержание космических программ Китая, Индии и Бразилии, оценка научных достижений и финансирование.

    презентация [1,5 M], добавлен 06.04.2016

  • Направления космического обеспечения Украины. Основные задачи запуска космических аппаратов "Сич-1М" и "Микроспутник". Состояние наземной инфраструктуры навигационных и специальных информационных систем. Система навигационо-временного обеспечения.

    реферат [21,7 K], добавлен 07.09.2015

  • Космос как огромное пространство. Анализ первых советских искусственных спутников Земли. Рассмотрение особенностей ракетно-космической системы "Энергия-Буран". Основные этапы развития космонавтики. Характеристика космических систем-мусоросборщиков.

    реферат [26,1 K], добавлен 26.01.2013

  • Определение понятия и рассмотрение источников происхождения космического мусора. Изучение основ работы Службы контроля космического пространства. Ознакомление с основными экологическими решениями в конструкциях современных космических аппаратов.

    реферат [557,8 K], добавлен 18.02.2015

  • Исследование спутника Юпитера космическими аппаратами. Полеты американских космических аппаратов. Гипотезы о происхождении Вальхаллы. Этапы формирования палимпсеста Вальхалла. Как образуются масконы на Луне. Глубина бассейна во внутренней зоне.

    реферат [274,8 K], добавлен 24.11.2008

  • Исследование космического пространства при помощи автоматических и пилотируемых космических аппаратов. Первые экспериментальные суборбитальные космические полёты. Высадка американских астронавтов на Луну. Падение на Землю космического тела (астероида).

    презентация [571,3 K], добавлен 03.02.2011

  • История возникновения и развития беспилотных летательных аппаратов. Состав бортового оборудования современных беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Бортовой комплекс навигации и управления. Особенности работы и устройства ряда систем управления БЛА.

    реферат [7,4 M], добавлен 17.01.2010

  • Краткое изучение биографии Сергея Королева - главного конструктора баллистических ракет дальнего действия. Космические достижения Королева. Первый искусственный спутник Земли. Другие спутники и запуск космических аппаратов на Луну. Награды и звания.

    презентация [325,1 K], добавлен 28.02.2013

  • Фотографии Марса в небе Земли. Снимок, полученный орбитальным телескопом имени Хаббла, и старинные зарисовки. Схема орбиты и противостояний данной планеты. Особенности природы и спутники Марса. Исследования планеты при помощи космических аппаратов.

    презентация [2,0 M], добавлен 16.05.2011

  • Пищеварительные процессы на космической орбите, их отличия от земных. Отсутствие разделения на день и ночь, нарушение циркадных ритмов. Условия микрогравитации - испытание для нервной системы. Нарушения иммунной системы. Возможность зачатия в космосе.

    презентация [793,0 K], добавлен 08.12.2016

  • Исследования марса в 1962–1978 гг. Современный этап исследований 1988–2002 гг. Перспективы будущего: российский проект "Фобос–грунт". вропейский проект Mars Express, американский проект, проекты 2005–2011 гг. высадка астронавтов в 2019 году?

    реферат [41,8 K], добавлен 11.09.2003

  • Эволюция Земли в тесном взаимодействии с Солнцем и Луной. Роль и значение луны для жизни на планете Земля. Спектральный анализ как один из основных методов современной астрофизики. Методы поиска различных форм жизни с помощью космических аппаратов.

    презентация [2,2 M], добавлен 08.07.2014

  • Основные понятия, необходимые для успешного изучения космической геодезии. Описание систем координат, наиболее часто используемых в астрономии для описания положения светил на небе. Общие сведения о задачах космической геодезии как науки, их решение.

    контрольная работа [1,2 M], добавлен 11.01.2010

  • История развития космологии как научного направления. Современное состояние Вселенной. Количество звезд и планет в Космосе. Рождение и смерть звезды. Структура Солнечной системы: Солнце и группы планет. Возможность космических путешествий и судьба Земли.

    реферат [22,2 K], добавлен 09.04.2011

  • Теоретические начала космических полетов и ракеты-пионеры. Сотрудничество и глобализация в космонавтике. Кинематика межзвёздных полётов. Двигатели на управляемых ядерных процессах. История появления идеи межпланетной транспортной сети в 1890-х гг.

    реферат [29,1 K], добавлен 09.01.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.