МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
"ХАРЬКОВСКИЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ГИРОСИЛОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИЕЙ КОСМИЧЕСКОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Рецензенты: Е.Е. Александров, д-р техн. наук, проф. НТУ „ХПИ"; В.А. Батаев, д-р техн.
наук, главн. науч.
Сотрудник НПП Хартрон-Аркос
Успенский В.Б.
Теоретические основы гиросилового управления ориентацией космического
летательного аппарата: Монография. - Харьков: НТУ "ХПИ", 2006. - 328
с. - На русск. яз.
ISBN 966-593-398-1
Монография посвящена разработке методического и алгоритмического
обеспечения гиросиловых систем управления ориентацией и стабилизации (СУОС)
космического летательного аппарата (КЛА) и содержит решение следующих задач:
построение программного управления и обеспечение устойчивости программного
вращения в различных режимах функционирования СУОС: реализация управляемого
вращения КЛА с помощью избыточных гиросиловых систем; идентификация моментов
инерции КЛА в полете;
оптимальная разгрузка гиросиловой системы. Решение перечисленных задач
реализовано в виде соответствующих алгоритмов и методик и направлено на
повышение точности и экономичности функционирования гиросиловых СУОС.
Для специалистов в
области управления движением, а также аспирантов и студентов соответствующих
специальностей.
Монографія присвячена розробці методичного та алгоритмічного
забезпечення гіросилових систем управління орієнтацією та стабілізації (СУОС)
космічного літального апарата (Ю1А) і містить розв'язання наступних задач:
побудова програмного управління та забезпечення сталості програмного обертання
в різних режимах функціонування СУОС; реалізація керованого обертання КЛА за
допомогою надлишкових гіросилових систем; ідентифікація моментів інерції КЛА у
польоті; оптимальне розвантаження гіросилової системи. Розв'язання перелічених
задач реалізовано у вигляді відповідних алгоритмів і методик і спрямовано на
підвищення точності та економічності функціонування гіросилових СУОС.
Для фахівців у галузі управління рухом, а також аспірантів і студентів
відповідних спеціальностей.
ISBN 966-593-398-1
1.1.
Кинематические параметры и кинематические
уравнения вращения твердого тела
1.2. Кватернионные
кинематические модели вращения ТТ
1.2.1. Коническая
модель вращения твердого тела. Согласование модели с краевыми условиями по ориентации. Согласование модели
с краевыми условиями по ориентации и угловой скорости. Определение базисных
векторов. Определение параметров опорных функций. Особые случаи реализации
конической модели. Алгоритм вычисления параметров конической модели вращения
ТТ. Исследование семейства конических моделей и особенности численной
реализации алгоритма определения модельных параметров.
1.2.2. Сферическая модель вращения твердого тела. Сферические
модели ортогонального типа. Алгоритм вычисления параметров модели
ортогонального типа. Связь параметров сферической модели
с кинематическими
параметрами и кинематическими уравнениями вращения.
Сферические модели неортогонального типа. Кватернионная модель для углов Эйлера. Кватернионная
модель с базисом, определяемым краевыми условиями вращения.
1.3. Построение опорных функций в
кинематических моделях вращения. Опорные функции для решения задач
терминального управления. Опорные
функции для решения задач финитного управления. Опорные функции для решения
задачи переориентации ТТ, квазиоптимальной
по быстродействию. Связь задачи квазиоптимального
управления с динамической задачей переориентации, оптимальной по
быстродействию.
1.4. Использование кинематических моделей
вращения в прикладных задачах управления и навигации
1.4.1.
Задача
управления вращением КЛА. Задача программного управления вращением КЛА. Задача
синтеза управления переориентацией КЛА. Задача одноосной переориентации КЛА.
Задача переориентации КЛА с учетом геометрических ограничений на траекторию
маневра. Задача переориентации упругого КЛА с высокой
терминальной точностью.
1.4.2. Задача определения ориентации в бесплатформенных инерциальных навигационных системах. Построение эталонных моделей вращения ТТ. Повышение
точности алдгоритмов определения ориентации в условиях
управляемого вращения
2.1. Принцип и особенности гиросилового управления. Управляющие свойства гиросилового момента.Особенностив заимодействия
иросилового комплекса и КЛА .
2.2. Математическая модель
СГК и оптимизация
его геометрической структуры. Математическая модель СГК произвольной
геометрической структуры. Выбор состава и геометрической структуры СГК.
Оптимизация конфигурации СГК заданной структуры.
2.3. Управление отдельными
гиродинами в избыточных силовых гироскопических
комплексах. Задача управления по вектору потребного кинетического момента.
Задача управления по вектору потребного динамического момента. Алгоритмы
управления гиродинами в избыточных
СГК. Управление гиродинами по критерию минимума
равномерной нормы. Управление гиродинами в особых
состояниях СГК. Управление в особых состояниях компланарного
СГК-4. Учет ограничения на скорость прецессии ГД в алгоритмах управления СГК.
2.4. Определение моментов инерции КЛА в условиях
гиросилового управления. Математические модели и постановка задачи. Методика
определения матрицы моментов инерции. Приведение КЛА во вращение с заданной
угловой скоростью. Процедура идентификации моментов инерции на основе
рекуррентного метода наименьших квадратов. Пример численной реализации
алгоритма идентификации.
2.5. Разгрузка силового гироскопического комплекса,
оптимальная по расходу рабочего тела. Постановка задачи оптимальной разгрузки.
Приведение задачи оптимальной разгрузки к краевой.
Упрощение и решение краевой задачи.
Существование решения краевой задачи. Некоторые обобщения задачи
оптимальной разгрузки. Методика оптимальной разгрузки СГК. Оценка эффективности
методики оптимальной разгрузки. Гиросиловое управление, обеспечивающее вращение
КЛА с постоянной скоростью в процессе разгрузки. Обсуждение результатов.
ПРИЛОЖЕНИЕ. Элементы алгебры кватернионовиих
приложение в теории конечного поворота