RU2178761C1 - Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbit correction and system for realization of this method - Google Patents
Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbit correction and system for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178761C1 RU2178761C1 RU2001105445A RU2001105445A RU2178761C1 RU 2178761 C1 RU2178761 C1 RU 2178761C1 RU 2001105445 A RU2001105445 A RU 2001105445A RU 2001105445 A RU2001105445 A RU 2001105445A RU 2178761 C1 RU2178761 C1 RU 2178761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- spacecraft
- output
- unit
- moment
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области управления ориентацией и движением центра масс космических аппаратов (КА) и направлено на получение максимального значения скорости коррекции орбиты КА с минимальными ошибками управления при одновременном применении реактивных двигателей ориентации (ДО) и силовых гироскопов (СГ) и обеспечение минимального числа насыщений системы СГ в процессе выполнения программы полета КА после коррекции орбиты, а, следовательно, минимизацию расхода рабочего тела и влияния на орбиту, обусловленного необходимостью включения ДО для разгрузки накопленного СГ кинетического момента. The invention relates to the field of controlling the orientation and movement of the center of mass of spacecraft (SC) and is aimed at obtaining the maximum value of the correction speed of the SC orbit with minimal control errors while using jet orientation engines (DO) and power gyroscopes (SG) and ensuring a minimum number of system saturations SG during the execution of the spacecraft flight program after orbit correction, and, therefore, minimizing the flow of the working fluid and the impact on the orbit, due to the need to include of DO to unload the accumulated kinetic moment of SG.
Известен способ управления КА, снабженным реактивными двигателями с направленными под углом к осям связанного базиса и смещенными относительно центра масс аппарата линиями действия тяг (см. [1] ). В предлагаемом способе к корпусу КА прикладывают по трем осям связанного базиса управляющие моменты сил тяг реактивных двигателей (РД), установленных четырьмя равнотяговыми секциями в двух параллельных базовой плоскости ("север - восток") и равноудаленных от нее плоскостях, обеспечивая суммирование проекций этих моментов на ось требуемого управляющего момента и компенсацию по остальным осям. При этом коррекцию орбиты КА по двум направлениям (связанным осям, например "север - юг" и "запад - восток ") производят тягами РД, проекции которых совпадают с данными направлениями (осями), а возмущающие моменты по этим осям взаимно компенсируются. Для создания по третьей оси момента, противоположного возмущающему, применяют РД с взаимной компенсацией их моментов и тяг по указанным осям. Блок-схема системы, реализующей способ-аналог, представленная в [1] , состоит из блока скорости коррекции (БСК), блока датчиков внешней информации опорного базиса (БДВИ), блока определения управляющих сил и моментов (БОУСМ), блока формирования управляющих сил и моментов (БФУСМ), блока определяемых значений продолжительности импульсов ДО (БОЗПИД), блока ДО (БДО), корпуса КА (ККА), блока датчиков угловой скорости (БДУС), блока датчиков линейных ускорений (БДЛУ), блока задания параметров управления КА (БЗПУКА). При этом выходы БСК и БДВИ соединены соответственно с первым и вторым выходом БОУСМ, а выход БОУСМ соединен с первым входом БФУСМ. Выход БФУСМ соединен с первым входом БОЗПИД, а выход БОЗПИД - со входом БДО. В свою очередь БДО соединен со вторым входом БОЗПИД. На корпусе КА установлены БДО, БДУС и БДЛУ. При этом выход БДУС соединен с третьим входом БОУСМ, а выход БДЛУ соединен с первым входом БСК. Первый, второй, третий и четвертый выходы БЗПУКА соединены соответственно с входом БДВИ, вторым входом БСК, четвертым входом БОУСМ и вторым входом БФУСМ. Этот способ и разработанная на его основе система управления позволяют уменьшить число РД и затраты топлива на коррекцию орбиты КА, но не решают важный вопрос получения максимальной скорости коррекции. Кроме того, в предлагаемом способе управление ориентацией КА в процессе коррекции орбиты с помощью РД отличается невысокой точностью, а это существенно, например, для спутников связи, точность ориентации которых должна составлять порядка 12'. A known method of controlling a spacecraft equipped with jet engines with angled axes of the connected basis and displaced relative to the center of mass of the apparatus lines of action of rods (see [1]). In the proposed method, the control moments of the thrusts of jet engines (RD) installed by four equal-draft sections in two parallel base planes (north-east) and equidistant planes are applied to the spacecraft hull along three axes of the connected basis, providing a summation of the projections of these moments on axis of the required control torque and compensation for the remaining axes. In this case, the correction of the spacecraft’s orbit in two directions (connected axes, for example, “north-south” and “west-east”) is performed by the thrusts of the taxiway, the projections of which coincide with these directions (axes), and disturbing moments along these axes are mutually compensated. To create a moment opposite the perturbing along the third axis, RDs are used with mutual compensation of their moments and thrusts along the indicated axes. The block diagram of a system that implements an analogue method presented in [1] consists of a block of correction speed (BSC), a block of sensors of external information of the reference basis (BDVI), a block for determining control forces and moments (BOUSM), a block for generating control forces and moments (BFUSM), a block of determined pulse duration values DO (BOZPID), a block DO (BDO), a spacecraft body (CCA), a block of angular velocity sensors (BDUS), a block of linear acceleration sensors (BDLU), a block for setting the control parameters of a spacecraft (BZPUKA) ) In this case, the outputs of the BSK and BDVI are connected respectively to the first and second output of the BOSM, and the output of the BOSM is connected to the first input of the BOSM. The output of the BFUSM is connected to the first input of the BOZPID, and the output of the BOZPID is connected to the input of the BDO. In turn, the BDO is connected to the second input of the BOZPID. On the spacecraft body, BDO, BDUS and BDLU are installed. In this case, the BDLU output is connected to the third input of the BOSM, and the BDLU output is connected to the first input of the BSK. The first, second, third and fourth outputs of the BZPUK are connected respectively to the BDVI input, the second BSK input, the fourth BOUSM input and the second BFUSM input. This method and the control system developed on its basis make it possible to reduce the number of taxiways and fuel costs for the correction of the spacecraft’s orbit, but they do not solve the important issue of obtaining the maximum correction speed. In addition, in the proposed method, the control of the orientation of the spacecraft in the process of correcting the orbit using the RD is not very accurate, and this is essential, for example, for communication satellites, the orientation accuracy of which should be about 12 '.
Наиболее близкий из аналогов способ управления КА с помощью реактивных исполнительных органов (см. [2] ), используемый в качестве прототипа, включает определение требуемого значения скорости коррекции орбиты КА, поддержание заданной ориентации КА с помощью силовых гироскопов в процессе коррекции орбиты двигателями ориентации, измерение при этом значения вектора кинетического момента в системе СГ, по известным значениям моментов инерции КА, а также по измеренным значениям вектора угловой скорости КА и кинетического момента в системе СГ определяют значения суммарного вектора кинетического момента КА в текущие моменты времени (t), проверяют выполнение условия принадлежности значений области располагаемых значений вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов (S) и в случае насыщения системы СГ в момент времени ts определяют суммарное значение векторов управляющих моментов от двигателей ориентации при условии поочередного отключения каждого i-го двигателя, где i= 1, 2, . . . n - номера ДО, участвующих в коррекции орбиты, создают разгрузочный момент для системы силовых гироскопов двигателями ориентации, суммарный момент которых имеет наибольшую проекцию на направление, противоположное вектору при соответствующем отключенном двигателе ориентации, а в случае, когда этот управляющий момент не является разгрузочными, для разгрузки силовых гироскопов включают ту пару двигателей ориентации, не участвующих в коррекции орбиты, момент которой имеет наибольшую проекцию на направление, противоположное вектору при этом никакой из указанных i-ых двигателей не отключают, в процессе проведения коррекции орбиты и разгрузки силовых гироскопов прогнозируют изменения указанного суммарного вектора кинетического момента для случая коррекции орбиты с учетом всех работающих указанных i-ых двигателей на интервале от текущего момента времени разгрузки до расчетного момента времени окончания коррекции, суммируют указанные спрогнозированные изменения вектора с текущим значением суммарного вектора определенным на момент начала прогноза проверяют условие принадлежности полученных векторных сумм указанной области S и одновременно условие непринадлежности области S.The closest analogue of the spacecraft control using reactive executive bodies (see [2]), used as a prototype, includes determining the required value of the spacecraft’s orbit correction speed, maintaining a given spacecraft orientation using power gyroscopes in the process of orbit correction by orientation engines, measurement in this case, the values of the kinetic moment vector in the SG system, according to the known values of the SC inertia moments, as well as the measured values of the angular velocity vector of the SC and the kinetic moment in the SG system limit the values of the total vector of the kinetic moment of the spacecraft at current points in time (t), check that the condition for the values to belong the range of available values of the kinetic momentum vector in the system of power gyroscopes (S) and in the case of saturation of the SG system at time t s determine the total value of the vectors of control moments from the orientation engines provided that each i-th engine is turned off, where i = 1, 2, . . . n - DO numbers involved in orbit correction create an unloading moment for the system of power gyroscopes with orientation engines, the total moment of which has the greatest projection in the direction opposite to the vector with the corresponding orientation motor switched off, and in the case when this control moment is not unloading, to unload the power gyroscopes, include that pair of orientation engines that are not involved in the orbit correction, the moment of which has the largest projection in the direction opposite to the vector however, none of the indicated i-th engines is turned off, during the correction of the orbit and unloading of power gyroscopes, changes in the indicated total vector of the kinetic moment are predicted for the case of orbit correction taking into account all the working indicated i-th engines in the interval from the current moment of unloading to the calculated the time of the end of the correction, summarize the specified predicted changes in the vector with the current value of the total vector defined at the time of the start of the forecast check the membership condition of the obtained vector sums of the indicated domain S and simultaneously the non-membership condition area S.
Если в этот момент времени не выполняются оба эти условия, продолжают проводить коррекцию орбиты с одновременной разгрузкой силовых гироскопов, а если выполняется хотя бы одно из указанных условий, прекращают разгрузку силовых гироскопов за счет подключения указанного отключенного i-го двигателя к процессу коррекции орбиты или отключения указанной разгрузочной пары ДО, после чего продолжают проверять выполнение условия принадлежности указанного вектора суммарного кинетического момента области S вплоть до завершения коррекции и в случае невыполнения этого условия повторяют разгрузку системы СГ при помощи двигателей ориентации, создающих указанный момент, или при помощи разгрузочной пары двигателей ориентации, не участвующих в процессе коррекции орбиты.If both of these conditions are not met at this point in time, they continue to carry out orbit correction with the simultaneous unloading of power gyroscopes, and if at least one of these conditions is fulfilled, the unloading of power gyroscopes is stopped by connecting the indicated disabled i-th engine to the orbit correction or shutdown process of the indicated discharge pair DO, after which they continue to verify that the conditions for the specified vector of total kinetic moment belong region S until the completion of the correction and if this condition is not fulfilled, the unloading of the SG system is repeated using the orientation engines that create the specified moment, or using the unloading pair of orientation engines that are not involved in the orbit correction process.
Блок-схема системы, реализующей способ-прототип, состоит из следующих блоков: блок скорости коррекции (БСК), блок датчиков внешней информации опорного базиса (БДВИ), блок определения управляющих сил и моментов (БОУСМ), блок формирования управляющих сил и моментов (БФУСМ), блок определяемых значений продолжительности импульсов ДО (БОЗПИД), блок ДО (БДО), корпус КА (ККА), блок датчиков угловой скорости (БДУС), блок датчиков линейных ускорений (БДЛУ), блок задания параметров управления КА (БЗПУКА), блок силовых гироскопов (БСГ), блок определения значений суммарного вектора кинетического момента (БОЗСВКМ), блок сравнения параметров области располагаемых значений вектора кинетического момента в системе СГ и суммарного вектора кинетического момента СГ (БСПОРЗВКМСГСВКМ), блок формирования текущего времени разгрузки СГ (БФТВРСГ), блок прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента (БПЗСВКМ), блок приведения прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента к начальным условиям (БППЗСВКМНУ), блок определения времени окончания режима коррекции (БОВОРК). БФУСМ содержит следующие блоки: блок выбора ДО для коррекции орбиты (БВДКО); блок формирования разгрузочного момента для системы СГ (БФРМСГ); блок определения разгрузочных моментов для системы СГ (БОРМСГ); блок выбора разгрузочного момента для системы СГ (БВРМСГ); блок выбора пары ДО для разгрузки системы СГ (БВПДРСГ). The block diagram of a system that implements the prototype method consists of the following blocks: a correction speed block (BSK), a block of sensors of external information of the reference basis (BDVI), a block for determining control forces and moments (BOSM), a block for generating control forces and moments (BFUSM ), a block of detectable pulse duration values DO (BOZPID), a block DO (BDO), a spacecraft body (CCA), a block of angular velocity sensors (BDUS), a block of linear acceleration sensors (BDLU), a block for setting control parameters of a spacecraft (BZPUKA), a block power gyroscopes (BSG), the unit for determining the value of the total kinetic moment vector (BOSVSKM), the unit for comparing the parameters of the domain of available values of the kinetic moment vector in the SG system and the total SG kinetic moment vector (BSPORZVKMSGSVKM), the unit for generating the current SG unloading time (BFVVSG), the block of predicted values of the total kinetic moment vector (BPZSVKM ), a unit for bringing the predicted values of the total vector of kinetic momentum to the initial conditions (BPPZSVKMNU), a unit for determining the time for the end of the correction mode (BOVORK ) BFUSM contains the following blocks: block selection DO to correct the orbit (BVDKO); a unit for forming an unloading moment for the SG system (BFRMSG); unit for determining discharge moments for the SG system (BORMSG); unit for unloading torque for the SG system (BVRMSG); a block for selecting a pair of DOs for unloading the SG system (BVPDRSG).
При этом выходы БСК и БДВИ соединены соответственно с первым и вторым выходом БОУСМ, а выход БОУСМ соединен с первым входом БФУСМ. Выход БФУСМ соединен с первым входом БОЗПИД, а выход БОЗПИД - со входом БДО. В свою очередь БДО соединен со вторым входом БОЗПИД. На корпусе КА установлены БДО, БДУС и БДЛУ. При этом выход БДУС соединен с третьим входом БОУСМ, а выход БДЛУ соединен с первым входом БСК. Первый, второй, третий и четвертый выходы БЗПУКА соединены соответственно с входом БДВИ, вторым входом БСК, четвертым входом БОУСМ и вторым входом БФУСМ. In this case, the outputs of the BSK and BDVI are connected respectively to the first and second output of the BOSM, and the output of the BOSM is connected to the first input of the BOSM. The output of the BFUSM is connected to the first input of the BOZPID, and the output of the BOZPID is connected to the input of the BDO. In turn, the BDO is connected to the second input of the BOZPID. On the spacecraft body, BDO, BDUS and BDLU are installed. In this case, the BDLU output is connected to the third input of the BOSM, and the BDLU output is connected to the first input of the BSK. The first, second, third and fourth outputs of the BZPUK are connected respectively to the BDVI input, the second BSK input, the fourth BOUSM input and the second BFUSM input.
Вход БСГ соединен со вторым входом БОУСМ, а выход БСГ - с первым входом БОЗСВКМ. Первый выход БОЗСВКМ соединен с первым входом БСПОРЗВКМСГСВКМ, а второй выход этого же блока - с первым входом БППЗСВКМНУ и третьим входом БСПОРЗВКМСГСВКМ. Второй вход БОЗСВКМ соединен с выходом БДУС. Выход БФТВРСГ соединен с третьим входом БОЗСВКМ и первыми входами БПЗСВКМ и БОВОРК. Первый выход БСПОРЗВКМСГСВКМ соединен с первым входом БФТВРСГ, а второй выход - с третьим входом БФУСМ. Третий выход БСПОРЗВКМСГСВКМ соединен с четвертым входом БФУСМ и вторым входом БФТВРСГ. Второй вход БСПОРЗВКМСГСВКМ соединен с пятым выходом БЗПУКА, а четвертый вход этого же блока - с первым выходом БППЗСВКМНУ. The BSG input is connected to the second input of the BOSM, and the output of the BSG is connected to the first input of the BOSM. The first output of the BOZSVKM is connected to the first input of the BSPORZVKMSGSVKM, and the second output of the same block is connected to the first input of the BSPORZVKMSGSVKM. The second input BOZSVKM is connected to the output BDUS. The output of the BFTVRSG is connected to the third input of the BOZSVKM and the first inputs of the BPZSVKM and BOVORK. The first output of the BSPORZVKMSGSVKM is connected to the first input of the BFTVSG, and the second output to the third input of the BFUSM. The third output of the BSPORZVKMSGSVKM is connected to the fourth input of the BFUSM and the second input of the BFVVSG. The second input of the BSPORZVKMSGSVKM is connected to the fifth output of the BZPUK, and the fourth input of the same block is connected to the first output of the BPPZVKMNU.
Выход БПЗСВКМ соединен со вторым входом БППЗСВКМНУ. Второй вход БПЗСВКМ соединен с первым выходом БОВОРК, третий и четвертый входы этого же блока соединены соответственно с третьим выходом БФУСМ и шестым выходом БЗПУКА. The output of the BPZSVKM is connected to the second input of the BPPZSVKMNU. The second input BPZSVKM is connected to the first output BOVORK, the third and fourth inputs of the same block are connected respectively with the third output BFUSM and the sixth output BZPUKA.
Второй вход БОВОРК соединен со вторым выходом БСК, а третий вход - со вторым выходом БФУСМ. The second input of the BOVORK is connected to the second output of the BSK, and the third input is connected to the second output of the BFUSM.
Первый вход БВДКО соединен с БОУСМ, а второй вход - с четвертым выходом БЗПУКА. Первый выход БВДКО соединен с первым входом БФРМСГ и вторым входом БОРМСГ. Второй выход этого же блока соединен с третьим выходом БФУСМ. Первый выход БФРМСГ является одновременно первым выходом БФУСМ, а второй выход - вторым выходом БФУСМ. Второй вход БФРМСГ соединен с выходом БВРМСГ, а третий вход указанного блока является четвертым входом БФУСМ. The first input of the BVDKO is connected to the BOSM, and the second input to the fourth output of the BZPUK. The first output of the BVDCO is connected to the first input of the BFRMSG and the second input of the BORMSG. The second output of the same block is connected to the third output of the BFUSM. The first output of BFRMSG is simultaneously the first output of BFUSM, and the second output is the second output of BFUSM. The second input of BFRMSG is connected to the output of BVRMSG, and the third input of this block is the fourth input of BFUSM.
Первый вход БОРМСГ соединен с третьим входом БФУСМ, а третий вход указанного блока - с четвертым выходом БЗПУКА. Первый выход БОРМСГ соединен со вторым входом БВРМСГ, а второй выход этого же блока - с первым входом БВПДРСГ. Первый вход БВРМСГ соединен с третьим входом БФУСМ. The first input of the BORMSG is connected to the third input of the BFUSM, and the third input of the indicated block is connected to the fourth output of the BZPUK. The first output of the BORMSG is connected to the second input of the BVRMSG, and the second output of the same block is connected to the first input of the BVRMSG. The first input BVRMSG connected to the third input of BFUSM.
Второй вход БВПДРСГ соединен с выходом БЗПУКА, а третий вход - с четвертым входом БФУСМ. Первый выход БВПДРСГ соединен с первым выходом БФУСМ, а второй выход этого же блока - с третьим выходом БФУСМ. The second input of the BVPDRSG is connected to the output of the BZPUK, and the third input is connected to the fourth input of the BFUSM. The first output of the BVDPRSG is connected to the first output of the BFUSM, and the second output of the same block is connected to the third output of the BFUSM.
Работает система управления следующим образом. По началу выполнения режима коррекции орбиты со второго выхода БОУСМ на второй вход БФУСМ выдаются требования на формирование управляющих сил Fi. Одновременно с первого выхода БОУСМ на первый вход БСГ выдаются требования на формирование управляющих моментов. БСГ формирует закон управления осями прецессии СГ (см. [3] стр. 12 - 13) по затребованным управляющим моментам. При этом за счет измерений, проводимых в блоке синус-косинусных преобразователей углов поворота осей прецессии, входящего в сосав БСГ, а также по известным значениям кинетического моментов роторов гиродвигателей определяется значение вектора кинетического момента системы СГ При этом непосредственно значение определяется в БОЗСВКМ по указанным измеренным значениям, поступающим на его второй вход с выхода БСГ. На первый вход БОЗСВКМ с БДУС поступает информация о значениях вектора абсолютной угловой скорости КА В самом БОЗСВКМ имеются заранее заданные значения компонент тензора инерции КА В результате в нем определяется значение вектора Со второго выхода БОЗСВКМ значения поступают на второй вход БСПОРЗВКМСГСВКМ. В БСПОРЗВКМСГСВКМ производится проверка выполнения условия принадлежности вектора кинетического момента КА допустимой области S. При этом параметры области S могут изменяться в зависимости от числа работающих в системе силовых гироскопов. Указанные изменения в БСПОРЗВКМСГСВКМ производятся при помощи БЗПУКА, шестой выход которого соединен с шестым входом БСПОРЗВКМСГСВКМ. По этому же каналу в БСПОРЗВКМСГСВКМ передается разрешение на поиск времени начала формирования кинетического момента КА. В случае невыполнения указанного условия с третьего выхода указанного блока на второй вход БФТВРСГ выдается значение времени tS. Одновременно со второго выхода этого же блока на третий вход БФУСМ выдается значение вектора Как только БФТВРСГ получает значение момента времени tS, он тут же формирует на своем выходе значение t'1 в соответствии с выражением η = 1,2,3,..., где Δt - продолжительность минимального импульса разгрузочного момента или В свою очередь t'1 передается на третий вход БОЗСВКМ, на третий вход и на четвертый вход БПЗСВКМ. По приходу в БОЗСВКМ значения t'1 в нем происходит присвоение текущего значения вектора кинетического момента значению Значение вектора поступает с первого выхода БОЗСВКМ на первый вход БППЗСВКМНУ и на третий вход БСПОРЗВКМСГСВКМ. В БППЗСВКМНУ оно служит в качестве начального условия в выражении а в БСПОРЗВКМСГСВКМ оно необходимо для проверки условия Значение t'1, переданное в БПЗСВКМ, устанавливает нижнюю границу определенного интеграла, входящего в выражение где главный вектор управляющего момента от всех работающих ДО без учета отключений i-х ДО или пар ДО; главный вектор управляющего момента всех внешних возмущающих сил. Оно же задает в БОВОРК момент времени tk1 начала определения второй верхней границы указанного интеграла. Так, по приходу этого времени в БОВОРК из первого выхода БСК через первый вход БОВОРК считывается значение Одновременно из первого выхода БФУСМ на второй вход БОВОРК приходит информация о номерах ДО, участвующих в коррекции орбиты. По указанным номерам в блоке определяется Для этого используются известные силы тяги ДО и масса КА и производится расчет tk1 по выражению где измеренное значение скорости коррекции КА на момент времени t'1. Далее информация о значении tk1 передается на пятый вход БПЗСВКМ.The control system operates as follows. At the beginning of the execution of the orbit correction mode from the second output of the BOSM to the second input of the BFUSM, requirements are issued for the formation of control forces F i . Simultaneously, from the first output of the BOSM to the first input of the BSG, requirements are issued for the formation of control moments. BSG forms the law of control of the SG precession axes (see [3] p. 12 - 13) according to the required control moments. In this case, due to measurements carried out in the block of sine-cosine converters of the rotation angles of the precession axes, which is included in the BSG sucker, as well as from the known values of the kinetic moments of the gyro rotors, the value of the kinetic moment vector of the SG system is determined In this case, the value it is determined in BOZSVKM according to the specified measured values supplied to its second input from the output of the BSG. Information on the values of the vector of the absolute angular velocity of the spacecraft is received at the first input of the BOSSVKM from the BSS In the BOSSCM itself there are predefined values of the components of the inertia tensor of the spacecraft As a result, it determines the value of the vector From the second output of BOZSVKM values arrive at the second input of the BSPORZVKMSGSVKM. At BSPORZVKMSGSVKM, the conditions of membership of the SC kinetic moment vector of the admissible region S are checked. In this case, the parameters of region S can vary depending on the number of power gyros operating in the system. The indicated changes in the BSPORZVKMSGSVKM are made using the BZPUK, the sixth output of which is connected to the sixth input of the BSPORZVKMSGSVKM. On the same channel, permission is sent to the BSPORZVKMSGSVKM to search for the start time for the formation of the kinetic moment of the spacecraft. In case of failure to fulfill the specified condition from the third output of the specified block to the second input BFTVRSG issued the value of time t S. At the same time, from the second output of the same block, the vector value is output to the third input of the BFUSM As soon as BFTVRSG receives the value of the moment of time t S , it immediately forms at its output the value t ' 1 in accordance with the expression η = 1,2,3, ..., where Δt is the duration of the minimum impulse of the unloading moment or In turn, t ' 1 is transmitted to the third input of the BOZSVKM, to the third input and to the fourth entrance of the BPZSVKM. Upon the arrival of the value t ' 1 in the MHSSMC, the current value of the kinetic moment vector is assigned in it meaning Vector value It comes from the first output of the BOZSVKM to the first entrance of the BPPZSVKMNU and to the third entrance of the BSPORZVKMSGSVKM. In BPPZSVKMNU it serves as an initial condition in the expression and in BSPORZVKMSGSVKM it is necessary to verify the conditions The value of t ' 1 , passed to the BZSVKM, sets the lower boundary of a certain integral in the expression Where the main vector of the control moment from all operating BSs without taking into account disconnections of i-BSs or pairs of BSs; the main vector of the control moment of all external disturbing forces. In BOVORK, it also sets the time t k1 of the start of determining the second upper boundary of the indicated integral. So, upon the arrival of this time in BOVORK, the value is read from the first output of BSC through the first entrance of BOVORK At the same time, from the first exit of the BFUSM to the second entrance of the BOVORK, information is received about the numbers of subsidiaries involved in the correction of the orbit. By the indicated numbers in the block is determined To do this, the known traction forces of DO and the mass of the spacecraft are used and t k1 is calculated by the expression Where the measured value of the correction speed of the spacecraft at time t ' 1 . Further, the information on the value of t k1 is transmitted to the fifth input of the BPSVCM.
Информация о номерах ДО, первоначально участвующих в коррекции орбиты, выдается также с третьего выхода БФУСМ на третий вход БПЗСВКМ. При этом каждому двигателю ставится в соответствие управляющий момент который он создает. Причем значение указанных управляющих моментов задается в БПЗСВКМ через первый его вход с седьмого выхода БЗПУКА. Для ДО, не участвующих в управлении, По указанному каналу в БПЗСВКМ выдаются также значения, определяющие значения возмущающих моментов (углы ориентации КА, положение солнечных батарей и т. д. ). С третьего выхода БФУСМ на третий вход БПЗСВКМ передаются также номера ДО для вектора По значениям в БПЗСВКМ определяется
Далее суммируется с полученным там же Затем производится интегрирование на интервале установленных границ. Полученные интегральные значения передаются со второго выхода БПЗСВКМ на второй вход БППЗСВКМНУ, где производится их суммирование с начальными значениями Полученная сумма с выхода БППЗСВКМНУ передается на первый вход БСПОРЗВКМСГСВКМ, где производится проверка выполнения условия ее принадлежности области S. Если в БСПОРЗВКМСГСВКМ при проверке не выполняется это условие и выполняется условие принадлежности области S текущего значения вектора кинетического момента, то значение tS подтверждается в БФТВРСГ и повторяется рассмотренный выше цикл разгрузки СГ на момент времени t'2 и т. д.Information about DO numbers, originally involved in orbit correction, is also issued from the third output of the BFUSM to the third entrance of the BPZSVKM. In this case, each engine is assigned a control moment which he creates. Moreover, the value of these control moments is set in BPZSVKM through its first input from the seventh output of the BZPUKA. For subsidiaries not involved in management, On the specified channel in BPZSVKM also issued values that determine the values of disturbing moments (spacecraft orientation angles, position of solar panels, etc.). From the third output of the BFUSM to the third input of the BPZSVKM, the DO numbers for the vector are also transmitted By values in BPZSVKM is determined
Further sums up with received there Then integration is performed over the interval of established boundaries. The obtained integral values are transferred from the second output of the BPZSVKMU to the second input of the BPPZSVKMNU, where they are summed with the initial values The amount received from the output of the BSPZSVKMNU is transferred to the first input of the BSPORZVKMSGSVKM, where the condition of its belonging to the region S is checked. If the BSPORZVKMSGSVKM does not satisfy this condition and the condition that the region S belongs to the current value of the kinetic moment vector is verified, then the value of t S is confirmed in the BFVVSR and the above-described SG discharge cycle is repeated at time t ′ 2 , etc.
Если же в БСПОРЗВКМСГСВКМ при проверке выполняется условие принадлежности вектора кинетического момента КА области S или не выполняется условие принадлежности области S текущего значения вектора кинетического момента, то с первого выхода БСПОРЗВКМСГСВКМ на четвертый вход БФУСМ выдается команда на снятие режима разгрузки СГ, на первый вход БФТВРСГ - на прекращение режима поиска момента времени tz.If, in the BSPORZVKMSGSVKM, when checking, the condition that the kinetic moment vector of the spacecraft S belongs to region S is fulfilled or the condition that the S region does not belong to the current value of the kinetic moment vector, then from the first output of the BSPORZVKMSGSVKM, the command to remove the SG unloading mode is issued to the fourth input of the BFUSM, and the first input of the BFTVSRG is to terminate the search mode of time t z .
Недостатком способа и системы управления, описанных в прототипе, является то, что в конце процесса коррекции орбиты на суммарный кинетический момент КА накладывается единственное условие - нахождение его в допустимой области, а дальнейшее изменение кинетического момента в процессе движения КА по скорректированной орбите не прогнозируется. Но полученное на момент окончания коррекции орбиты значение суммарного значения кинетического момента КА может быть таковым, что в процессе выполнения последующей программы полета это значение выйдет за пределы допустимой области S и, как следствие, возникнет необходимость в разгрузке системы СГ с помощью ДО, что не желательно, т. к. приведет к дополнительному расходу рабочего тела и ухудшению орбиты, вызванному работой ДО. The disadvantage of the control method and system described in the prototype is that at the end of the orbit correction process for the total kinetic moment of the spacecraft, the only condition is that it is in the allowable region, and a further change in the kinetic moment in the course of the spacecraft’s movement in the corrected orbit is not predicted. But the value obtained at the moment of the end of the orbit correction of the total value of the kinetic moment of the spacecraft can be such that during the execution of the next flight program this value will go beyond the allowable region S and, as a result, there will be a need to unload the SG system with the help of DO, which is not desirable , because it will lead to additional consumption of the working fluid and the deterioration of the orbit caused by the operation of DO.
Задачей, решаемой предлагаемым способом и системой, является такое управление кинетическим моментом КА в процессе коррекции орбиты КА, которое обеспечит формирование в момент времени завершения коррекции требуемого значения вектора кинетического момента КА, что позволит при дальнейшем выполнении программы полета минимизировать число включений ДО для разгрузки СГ, а, следовательно, минимизировать и расход рабочего тела, и влияние на орбиту КА. The problem solved by the proposed method and system is to control the kinetic moment of the spacecraft in the process of correcting the orbit of the spacecraft, which will ensure the formation at the time of completion of the correction of the required value of the vector of kinetic momentum of the spacecraft, which will allow the further execution of the flight program to minimize the number of inclusions of DO for unloading SG and, therefore, minimize both the flow rate of the working fluid and the effect on the orbit of the spacecraft.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе управления кинетическим моментом космического аппарата с помощью реактивных исполнительных органов, включающем определение требуемого значения скорости коррекции орбиты космического аппарата, поддержание заданной ориентации космического аппарата с помощью силовых гироскопов в процессе коррекции орбиты двигателями ориентации, измерение при этом значения вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов, по известным значениям моментов инерции космического аппарата, а также по измеренным значениям вектора угловой скорости космического аппарата и кинетического момента в системе силовых гироскопов определяют значения суммарного вектора кинетического момента космического аппарата в текущие моменты времени (t), проверяют выполнение условия принадлежности значений суммарного вектора кинетического момента космического аппарата области располагаемых значений вектора кинетического момента в системе силовых гироскопов (S),
в отличие от известного способа прогнозируют заданную область (Sk), в которой должен находиться суммарный вектор кинетического момента космического аппарата в момент времени завершения процесса коррекции орбиты, если в процессе коррекции орбиты насыщение системы силовых гироскопов не происходит, то с текущего момента времени коррекции (tη), на которое имеются измерения вектора кинетического момента космического аппарата, включая начало коррекции, шагами по Δt до момента времени прогнозируют накопление кинетического момента КА с учетом отключения i-го двигателя ориентации или включения пары двигателей ориентации для формирования требуемого кинетического момента космического аппарата в момент времени η = 1,2,3,..., где Δt- продолжительность минимального импульса момента при условии включения пары двигателей ориентации или момента при условии отключения i-го двигателя ориентации, участвующего в коррекции орбиты,
VU - величина, определяющая заданную скорость коррекции орбиты, текущее значение скорости коррекции орбиты на момент времени tη, aΣ- расчетное значение ускорения космического аппарата от двигателей ориентации, участвующих в коррекции орбиты, суммируют спрогнозированные значения вектора с текущим значением суммарного вектора определенным на момент начала прогноза tη, проверяют выполнение условия принадлежности полученных значений суммарного вектора кинетического момента космического аппарата заданной области Sk, и если оно выполняется, то по достижению временем коррекции значения, равного , определяют суммарное значение векторов управляющих моментов от двигателей ориентации при условии отключения i-го двигателя, где i= l, 2, . . . n - номера двигателей ориентации, участвующих в коррекции орбиты, создают двигателями ориентации момент для системы силовых гироскопов, суммарный момент которых имеет наибольшую проекцию на направление, противоположное вектору при соответствующем отключенном двигателе ориентации, а в случае, когда управляющие моменты не являются разгрузочными, для формирования требуемого кинетического момента включают ту пару двигателей ориентации, не участвующих в коррекции орбиты, момент которой имеет наибольшую проекцию на направление, противоположное вектору при этом никакой из указанных i-х двигателей не отключают.The problem is solved in that in the proposed method for controlling the kinetic moment of a spacecraft using reactive actuators, which includes determining the required value of the orbit correction speed of the spacecraft, maintaining a given orientation of the spacecraft using power gyroscopes in the process of correcting the orbit by orientation engines, measuring the vector of the kinetic moment in the system of power gyroscopes, according to the known values of the moments of inertia of the space app arata, as well as from the measured values of the angular velocity vector of the spacecraft and the kinetic moment in the system of power gyroscopes, determine the values of the total vector of the kinetic moment of the spacecraft at current points in time (t), verify that the conditions for the values of the total vector of the kinetic moment of the spacecraft to belong the range of available values of the kinetic moment vector in the system of power gyroscopes (S),
in contrast to the known method, a predetermined region (S k ) is predicted in which the total vector of the kinetic moment of the spacecraft should be at the time of completion of the orbit correction process, if the system of gyroscopes does not saturate during the correction of the orbit, then from the current moment of correction time (t η ), for which there are measurements of the vector of the kinetic moment of the spacecraft, including the beginning of correction, in steps of Δt until time predict the accumulation of the kinetic moment of the spacecraft taking into account the shutdown of the i-th orientation engine or the inclusion of a pair of orientation engines to form the required kinetic moment of the spacecraft at a time η = 1,2,3, ..., where Δt is the duration of the minimum momentum subject to the inclusion of a pair of orientation engines or torque provided that the i-th orientation engine participating in the orbit correction is turned off,
V U - a value that determines a given speed correction of the orbit, the current value of the orbit correction speed at the time t η , and Σ is the calculated value of the acceleration of the spacecraft from orientation engines participating in the correction of the orbit, the predicted values of the vector are summed with the current value of the total vector defined at the start of the forecast t η , verify that the conditions of membership of the obtained values of the total vector of the kinetic moment of the spacecraft of the given region S k are checked, and if it is satisfied, then when the correction time reaches a value equal to determine the total value of the vectors of control moments from orientation engines provided that the i-th engine is disconnected, where i = l, 2,. . . n - numbers of orientation engines participating in the orbit correction, create orientation moment by the orientation engines for the system of power gyroscopes, the total moment of which has the greatest projection in the direction opposite to the vector with the corresponding orientation motor switched off, and in the case when the control moments are not unloading, to form the required kinetic moment, they include that pair of orientation engines that are not involved in orbit correction, the moment of which has the largest projection in the direction opposite to the vector however, none of the indicated i-th engines are turned off.
Поставленная задача решается тем, что в систему управления кинетическим моментом космического аппарата с помощью реактивных исполнительных органов, содержащую блок скорости коррекции орбиты космического аппарата, блок датчиков внешней информации опорного базиса, блок определения управляющих сил и моментов, блок двигателей ориентации, блок датчиков угловой скорости космического аппарата, блок датчиков его линейных ускорений, блок задания параметров управления космическим аппаратом, блок определения времени окончания режима коррекции, блок приведения прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента к начальным условием, блок силовых гироскопов, блок определения значений суммарного вектора кинетического момента, блок формирования управляющих сил и моментов, состоящий из блока выбора двигателей ориентации для коррекции орбиты, блока формирования разгрузочного момента для системы силовых гироскопов, блока определения разгрузочных моментов для системы силовых гироскопов, блока выбора разгрузочного момента для системы силовых гироскопов, блока выбора пары двигателей ориентации для разгрузки системы силовых гироскопов, блока определяемых значений продолжительности импульсов тяги двигателей ориентации, причем выходы указанных блоков скорости коррекции и датчиков внешней информации опорного базиса соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения управляющих сил и моментов, а первый выход последнего указанного блока соединен с первым входом блока формирования управляющих сил и моментов, первый выход блока формирования управляющих сил и моментов соединен с первым входом блока определяемых значений продолжительности импульсов тяги двигателей ориентации, а выход последнего указанного блока соединен с входом блока двигателей ориентации, выход блока двигателей ориентации соединен со вторым входом блока определяемых значений продолжительности импульсов тяги двигателей ориентации, выход блока датчиков линейных ускорений соединен с первым входом блока скорости коррекции орбиты космического аппарата, а выход блока датчиков угловой скорости космического аппарата соединен с третьим входом блока определения управляющих сил и моментов и вторым входом блока определения значений суммарного вектора кинетического момента, а второй выход блока определения управляющих сил и моментов соединен с входом блока силовых гироскопов, а выход последнего - с первым входом блока определения значений суммарного вектора кинетического момента, второй выход блока определения значений суммарного вектора кинетического момента соединен с первым входом блока приведения прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента к начальным условиям, второй выход блока формирования управляющих сил и моментов соединен с третьим входом блока определения времени окончания режима коррекции, а второй вход блока определения времени окончания режима коррекции соединен со вторым выходом блока скорости коррекции орбиты космического аппарата, первый выход блока задания параметров управления космическим аппаратом соединен со входом блока датчиков внешней информации опорного базиса, второй выход - со вторым входом блока скорости коррекции орбиты космического аппарата, третий выход - с четвертым входом блока определения управляющих сил и моментов, четвертый выход - со вторым входом блока формирования управляющих сил и моментов, причем первый вход блока выбора двигателей ориентации для коррекции орбиты соединен с блоком определения управляющих сил и моментов, а второй вход - с четвертым выходом блока задания параметров управления космическим аппаратом, первый выход блока выбора двигателей ориентации для коррекции орбиты соединен с первым входом блока формирования разгрузочного момента для системы силовых гироскопов и вторым входом блока определения разгрузочного момента для системы силовых гироскопов, второй выход блока формирования разгрузочного момента для системы силовых гироскопов является одновременно вторым выходом блока формирования управляющих сил и моментов, а первый выход - первым выходом блока формирования управляющих сил и моментов, второй вход блока формирования разгрузочного момента для системы силовых гироскопов соединен с выходом блока выбора разгрузочного момента для системы силовых гироскопов, второй вход блока выбора разгрузочного момента для системы силовых гироскопов соединен с первым выходом блока определения разгрузочных моментов для системы силовых гироскопов, третий вход блока определения разгрузочных моментов для системы силовых гироскопов соединен с четвертым выходом блока задания параметров управления космическим аппаратом, второй выход блока определения разгрузочных моментов для системы силовых гироскопов соединен с первым входом блока выбора пары двигателей ориентации для разгрузки системы силовых гироскопов, а второй вход последнего - с четвертым выходом блока задания параметров управления космическим аппаратом, первый выход блока выбора пары двигателей ориентации для разгрузки системы силовых гироскопов соединен с первым выходом блока формирования управляющих сил и моментов, в отличие от известной системы дополнительно включены блок определения заданной области кинетического момента, блок сравнения текущего времени коррекции орбиты космического аппарата и расчетного времени начала формирования суммарного вектора кинетического момента космического аппарата, блок сравнения параметров заданной области кинетического момента космического аппарата и суммарного вектора кинетического момента космического аппарата, блок задания текущего времени формирования кинетического момента космического аппарата, блок прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента в процессе формирования суммарного вектора кинетического момента, блок определения времени начала формирования кинетического момента, причем первый вход блока сравнения параметров заданной области кинетического момента космического аппарата и суммарного вектора кинетического момента космического аппарата соединен с первым выходом блока определения значений суммарного вектора кинетического момента, второй вход - с пятым выходом блока задания параметров управления космического аппарата, третий вход - со вторым выходом блока определения значений суммарного вектора кинетического момента, четвертый вход - с первым выходом блока приведения прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента к начальным условиям, пятый вход - с выходом блока определения заданной области кинетического момента, шестой вход - с выходом блока сравнения текущего времени коррекции орбиты космического аппарата и расчетного времени начала формирования суммарного вектора кинетического момента космического аппарата, первый выход этого же блока соединен с первым входом блока задания текущего времени формирования кинетического момента космического аппарата, второй выход этого блока соединен с третьим входом блока формирования управляющих сил и моментов, третий выход- с четвертым входом блока формирования управляющих сил и моментов и вторым входом блока задания текущего времени формирования кинетического момента космического аппарата, выход блока задания текущего времени формирования кинетического момента космического аппарата соединен с первым входом блока определения времени окончания режима коррекции, третьим входом блока определения значений суммарного вектора кинетического момента и первым входом блока прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента в процессе формирования суммарного вектора кинетического момента, второй вход блока прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента в процессе формирования суммарного вектора кинетического момента соединен с первым выходом блока определения времени окончания режима коррекции, третий вход - с третьим выходом блока формирования управляющих сил и моментов, четвертый вход - с шестым выходом блока задания параметров управления космического аппарата, первый выход этого же блока соединен со вторым входом блока приведения прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента к начальным условиям, первый вход блока определения заданной области кинетического момента космического аппарата соединен с седьмым выходом блока задания параметров управления космическим аппаратом, второй вход - с выходом блока датчиков угловой скорости, третий вход - с выходом блока датчиков линейных ускорений, четвертый вход - с выходом блока силовых гироскопов, первый вход блока определения времени начала формирования кинетического момента соединен с девятым выходом блока задания параметров управления космическим аппаратом, второй вход - с выходом блока датчиков угловой скорости, третий вход - с выходом блока датчиков линейных ускорений, четвертый вход - с выходом блока силовых гироскопов, пятый вход - со вторым выходом блока определения времени окончания режима коррекции, первый вход блока сравнения текущего времени коррекции орбиты космического аппарата и расчетного времени начала формирования суммарного вектора кинетического момента космического аппарата соединен с восьмым выходом блока задания параметров управления космического аппарата, второй вход - с выходом блока определения заданной области кинетического момента, второй выход блока выбора двигателей ориентации соединен с третьим входом блока прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента в процессе формирования суммарного вектора кинетического момента, первый вход блока определения разгрузочных моментов для системы силовых гироскопов и первый вход блока выбора разгрузочного момента для системы силовых гироскопов соединены со вторым выходом блока сравнения параметров заданной области кинетического момента космического аппарата и суммарного вектора кинетического момента космического аппарата, третий вход блока выбора пары двигателей ориентации для разгрузки системы силовых гироскопов и третий вход блока формирования разгрузочного момента для системы силовых гироскопов соединены с третьим выходом блока сравнения параметров заданной области кинетического момента космического аппарата и суммарного вектора кинетического момента космического аппарата, второй выход блока выбора пары двигателей ориентации для разгрузки системы силовых гироскопов соединен с третьим входом блока прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента в процессе формирования суммарного вектора кинетического момента. The problem is solved in that in the control system of the kinetic moment of the spacecraft with the help of reactive executive bodies, containing a block of the orbit correction speed of the spacecraft, a block of sensors of external information of the reference basis, a block for determining control forces and moments, a block of orientation engines, a block of sensors of angular velocity of the space apparatus, a block of sensors of its linear accelerations, a block for setting parameters for controlling the spacecraft, a block for determining the end time of the correction mode ii, a unit for bringing the predicted values of the total vector of the kinetic moment to the initial condition, a block of power gyroscopes, a unit for determining the values of the total vector of the kinetic moment, a unit for generating control forces and moments, consisting of a unit for selecting orientation engines for correcting the orbit, a unit for generating the unloading moment for the power system gyroscopes, a unit for determining discharge moments for a system of power gyroscopes, a unit for selecting an unloading moment for a system of power gyroscopes, a unit in bores of a pair of orientation engines for unloading the system of power gyroscopes, a block of determined values of the duration of the thrust impulses of the orientation engines, the outputs of these correction speed blocks and external information sensors of the reference basis are connected respectively to the first and second inputs of the control force and moment determination unit, and the first output of the last specified the block is connected to the first input of the block forming the control forces and moments, the first output of the block forming the control forces and moments is connected to the first input of the block of determined values of the duration of the pulses of the thrust of the orientation engines, and the output of the last specified block is connected to the input of the block of the engines of the orientation, the output of the block of the engines of orientation is connected to the second input of the block of the determined values of the duration of the pulses of orientation motor, the output of the block of sensors of linear accelerations is connected to the first input of the block correction speed of the orbit of the spacecraft, and the output of the block of sensors of the angular velocity of the spacecraft is connected to the third input lok of determining the control forces and moments and the second input of the unit for determining the values of the total vector of the kinetic moment, and the second output of the unit for determining the control forces and moments is connected to the input of the unit of power gyroscopes, and the output of the latter is with the first input of the unit for determining the values of the total vector of kinetic moment, the second output the unit for determining the values of the total vector of the kinetic moment is connected to the first input of the unit for bringing the predicted values of the total vector of the kinetic moment to the initial Under the given conditions, the second output of the control forces and moments formation unit is connected to the third input of the correction mode end time determination unit, and the second input of the correction mode end time determination unit is connected to the second output of the spacecraft’s orbit correction speed unit, the first output of the spacecraft control parameters connected to the input of the block of external information sensors of the reference basis, the second output to the second input of the block of the orbit correction speed of the spacecraft, the third the output is with the fourth input of the control force and moment determination unit, the fourth output is with the second input of the control force and moment formation unit, the first input of the orientation engine selection unit for orbit correction being connected to the control force and moment determination unit, and the second input to the fourth by the output of the spacecraft control parameter setting block, the first output of the orientation engine selection block for orbit correction is connected to the first input of the unloading moment formation block for the power train system telescopes and the second input of the unit for determining the discharge moment for the system of power gyroscopes, the second output of the unit for generating the discharge moment for the system of power gyroscopes is simultaneously the second output of the unit for generating control forces and moments, and the first output is the first output of the block for generating control forces and moments, the second input of the block the formation of the discharge torque for the system of power gyroscopes is connected to the output of the block selection of the discharge torque for the system of power gyroscopes, the second input of the selection block and the unloading moment for the power gyroscope system is connected to the first output of the unloading moment determination unit for the power gyroscope system, the third input of the unloading moment determination unit for the power gyroscope system is connected to the fourth output of the spacecraft control parameter setting unit, the second output of the unloading moment determination unit for the power system gyroscopes connected to the first input of the block selection pair of orientation motors for unloading the system of power gyroscopes, and the second input after day - with the fourth output of the unit for setting the control parameters of the spacecraft, the first output of the unit for selecting a pair of orientation engines for unloading the system of power gyroscopes is connected to the first output of the unit for generating control forces and moments, in contrast to the known system, a unit for determining a given region of the kinetic momentum is additionally included, block comparing the current time of correction of the orbit of the spacecraft and the estimated time of the beginning of the formation of the total vector of the kinetic moment of the space ap arata, a unit for comparing the parameters of a given region of the kinetic moment of the spacecraft and the total vector of the kinetic moment of the spacecraft, a unit for setting the current time of formation of the kinetic moment of the spacecraft, a block of predicted values of the total vector of kinetic moment in the process of forming the total vector of kinetic moment, block for determining the time of the beginning of the formation of kinetic moment, and the first input of the unit for comparing the parameters of a given region of the kinetic m the spacecraft momentum and the total vector of the kinetic moment of the spacecraft is connected to the first output of the unit for determining the values of the total vector of the kinetic moment, the second input is the fifth output of the unit for setting the control parameters of the spacecraft, the third input is with the second output of the unit for determining the values of the total vector of kinetic moment, fourth input - with the first output of the unit for bringing the predicted values of the total vector of kinetic momentum to the initial conditions, the fifth input - with the output m of the unit for determining a given region of the kinetic moment, the sixth input — with the output of the unit for comparing the current time for correcting the orbit of the spacecraft and the estimated time for the formation of the total vector of the kinetic moment of the spacecraft, the first output of the same block is connected to the first input of the unit for setting the current time for the formation of the kinetic moment of the space apparatus, the second output of this block is connected to the third input of the block forming the control forces and moments, the third output is with the fourth input of the bl as for the formation of control forces and moments and the second input of the unit for setting the current time of formation of the kinetic moment of the spacecraft, the output of the unit for setting the current time of formation of the kinetic moment of the spacecraft is connected to the first input of the unit for determining the end time of the correction mode, the third input of the unit for determining the values of the total vector of kinetic moment and the first input of the block of predicted values of the total vector of kinetic moment in the process of formation of the total vector kinetic moment, the second input of the predicted value vector kinetic moment vector block during the formation of the total kinetic moment vector is connected to the first output of the correction mode end time determination unit, the third input - with the third output of the control forces and moments formation unit, the fourth input - with the sixth output unit for setting control parameters of the spacecraft, the first output of the same unit is connected to the second input of the unit for bringing the predicted values of the total vector kinetic moment to the initial conditions, the first input of the unit for determining the specified region of the kinetic moment of the spacecraft is connected to the seventh output of the control unit for controlling the spacecraft, the second input is the output of the angular velocity sensor unit, the third input is the output of the linear acceleration sensor unit, fourth input - with the output of the power gyroscopes unit, the first input of the unit for determining the start time of the formation of the kinetic moment is connected to the ninth output of the control parameter setting unit spacecraft, the second input - with the output of the block of angular velocity sensors, the third input - with the output of the linear acceleration sensor block, the fourth input - with the output of the power gyroscope block, the fifth input - with the second output of the block for determining the end time of the correction mode, the first input of the current comparison unit the time of correction of the orbit of the spacecraft and the estimated time of the beginning of the formation of the total vector of the kinetic moment of the spacecraft is connected to the eighth output of the control parameter set of the spacecraft apparatus, the second input - with the output of the unit for determining a given region of the kinetic moment, the second output of the unit for selecting orientation engines is connected to the third input of the predicted values of the total vector of kinetic moment in the process of forming the total vector of kinetic moment, the first input of the unit for determining the unloading moments for the system of power gyroscopes and the first input of the unit for selecting the discharge torque for the power gyro system is connected to the second output of the unit for comparing the parameters of a given region the kinetic moment of the spacecraft and the total vector of the kinetic moment of the spacecraft, the third input of the unit for selecting a pair of orientation engines for unloading the system of power gyroscopes and the third input of the unit for generating the unloading moment for the system of power gyroscopes are connected to the third output of the unit for comparing the parameters of a given region of the kinetic moment of the spacecraft and the total vector of the kinetic moment of the spacecraft, the second output of the block for selecting a pair of orientation engines for p zgruzki gyroscopes power system connected to a third input of the block of predicted values of the total angular momentum vector in the formation of the total angular momentum vector.
Предлагаемый способ и система лишены недостатков, присущих прототипу, т. к. для того, чтобы после завершения коррекции орбиты КА минимизировать расход рабочего тела и влияние на орбиту, обусловленное необходимостью включения ДО для разгрузки системы СГ, при выполнении программы полета КА на задаваемом интервале времени осуществляется приведение кинетического момента КА в конце процесса коррекции орбиты в заданную область, которая определяется из условия минимизации числа насыщений системы СГ при выполнении программы полета КА, а, следовательно, и требуемых включений ДО для ее разгрузки. The proposed method and system are devoid of the inherent disadvantages of the prototype, because in order to minimize the flow of the working fluid and the effect on the orbit, after the completion of the correction of the spacecraft’s orbit, due to the need to turn on the DO for unloading the SG system, when the spacecraft flight program is executed for a specified time interval the spacecraft kinetic moment at the end of the orbit correction process is brought into a given region, which is determined from the condition of minimizing the number of saturations of the SG system when the spacecraft flight program is executed, and, trace quently, and inclusions required for it to discharge.
Для пояснения сущности предлагаемого способа приводятся фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. На фиг. 1 изображен корпус КА, двигатели ориентации и жестко связанная с КА система координат (ССК). На фиг. 2 показан корпус КА, положение центра масс КА в плоскости XOZ ССК и направление действия векторов сил тяги ДО. На фиг. 3, 4, 5 приведены графики изменения кинетического момента КА при поддержании неизменной ориентации аппарата с помощью СГ с разными начальными условиями по кинетическому моменту КА. Фиг. 6 иллюстрирует пример реализации части системы управления. На фиг. 6 показана система управления, разработанная для реализации предлагаемого способа управления кинетическим моментом КА в процессе коррекции орбиты. На фиг. 7 изображены составляющие БФСУМ и их связь с остальными элементами предлагаемой системы управления. На фиг. 8 показан пример системы управления, разработанной для реализации предлагаемого способа.To clarify the essence of the proposed method are shown in FIG. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. In FIG. 1 shows the spacecraft body, orientation engines, and the coordinate system rigidly connected with the spacecraft (SSK). In FIG. Figure 2 shows the spacecraft body, the position of the center of mass of the spacecraft in the XOZ SSK plane and the direction of action of the thrust force vectors DO. In FIG. Figures 3, 4, 5 show graphs of changes in the kinetic moment of the spacecraft while maintaining a constant orientation of the apparatus using SG with different initial conditions for the kinetic moment of the spacecraft. FIG. 6 illustrates an example implementation of a part of a control system. In FIG. 6 shows a control system designed to implement the proposed method for controlling the kinetic moment of the spacecraft in the process of orbit correction. In FIG. 7 shows the components of the BFSUM and their relationship with the remaining elements of the proposed control system. In FIG. 8 shows an example of a control system designed to implement the proposed method.
Для реализации предлагаемого способа управления КА необходимо в первую очередь определить заданную область кинетического момента КА, т. е. область, в которой должен находиться вектор кинетического момента КА после завершения коррекции орбиты. Единственное условие, которому должна удовлетворять указанная область, - минимизация числа насыщений СГ при управлении ориентацией КА на задаваемом временном интервале. Решается задача определения области кинетического момента моделированием движения КА на этом интервале времени. Исходя из результатов моделирования определяется область, в которой должен находиться вектор кинетического момента КА. To implement the proposed spacecraft control method, it is necessary first of all to determine a given region of the spacecraft kinetic moment, i.e., the area in which the spacecraft kinetic moment vector should be located after the completion of the orbit correction. The only condition that this region should satisfy is minimization of the number of saturations of the SG when controlling the orientation of the spacecraft in a given time interval. The problem of determining the region of the kinetic moment by modeling the motion of the spacecraft on this time interval is solved. Based on the simulation results, the region in which the vector of the kinetic moment of the spacecraft should be located is determined.
Далее предлагаемый способ описан более подробно. Further, the proposed method is described in more detail.
Для определения заданной области кинетического момента КА, т. е. области, в которой должен находиться вектор кинетического момента КА после завершения коррекции орбиты, осуществляется математическое моделирование движения КА с момента завершения коррекции орбиты на задаваемом временном интервале, например до момента начала следующей коррекции. Система уравнений, описывающих математическую модель движения центра масс КА и его движение относительно центра масс, может быть записана в следующем виде:
Здесь радиус-вектор КА, вектор суммарного кинетического момента КА; - кинетический момент системы СГ; угловая скорость спутника; векторы суммарной силы и суммарного момента внешних сил, действующих на КА соответственно; тензор инерции КА; m - масса КА.To determine the specified region of the kinetic moment of the spacecraft, i.e., the region in which the vector of the kinetic moment of the spacecraft should be located after the completion of the orbit correction, mathematical modeling of the motion of the spacecraft from the moment of completion of the correction of the orbit at a given time interval, for example, until the next correction begins. The system of equations describing the mathematical model of the motion of the center of mass of the spacecraft and its motion relative to the center of mass can be written in the following form:
Here spacecraft radius vector vector of the total kinetic moment of the spacecraft; - kinetic moment of the SG system; satellite angular velocity; vectors of total force and total moment of external forces acting on the spacecraft, respectively; spacecraft inertia tensor; m is the mass of the spacecraft.
Решая уравнения (1), зная в исходный момент времени начальные значения вектора состояния КА (где вектор скорости КА), вектор его угловой скорости варьируя исходные
значения вектора и, следовательно, , определим заданную область, в которой должен находиться кинетический момент КА на момент завершения процесса коррекции орбиты КА для минимизации расхода рабочего тела при управлении его ориентацией на задаваемом временном интервале. После определения заданной области кинетического момента, зная вектор состояния КА на момент завершения коррекции, т. е. , другими словами, имея результаты решения задачи, необходимо найти начальные значения этих величин, которые будут удовлетворять требуемому результату решения. Т. к. начальные значения вектора состояния КА на момент начала коррекции орбиты известны, то требуется определить начальные значения кинетического момента КА.Solving equations (1), knowing at the initial moment of time the initial values of the spacecraft state vector (Where spacecraft velocity vector), its angular velocity vector varying the source
vector values and therefore , we determine the specified region in which the kinetic moment of the spacecraft should be at the time of completion of the process of correction of the orbit of the spacecraft to minimize the flow rate of the working fluid when controlling its orientation on a given time interval. After determining the given region of the kinetic moment, knowing the state vector of the spacecraft at the time of completion of the correction, i.e., in other words, having the results of solving the problem, it is necessary to find the initial values of these quantities that will satisfy the desired solution result. Since the initial values of the spacecraft state vector at the beginning of the orbit correction are known, it is necessary to determine the initial values of the kinetic moment of the spacecraft.
Для их определения осуществляется моделирование процесса коррекции орбиты КА. Если при коррекции орбиты наступит насыщение системы СГ, то логично попытаться совместить неизбежный процесс разгрузки СГ с формированием такого кинетического момента КА, который позволит завершить процесс коррекции орбиты КА без повторного насыщения системы СГ и, более того, даст возможность на момент завершения коррекции орбиты получить вектор кинетического момента КА, принадлежащий заданной области. Моделирование может осуществляться, например, с использованием уравнений (1). При его реализации учитываются известные характеристики ДО, их влияние на изменение кинетического момента КА, степень участия в коррекции орбиты. Выбор ДО должен быть таким, чтобы уменьшить влияние процессов, связанных с формированием требуемого кинетического момента КА, на коррекцию орбиты. To determine them, a simulation of the spacecraft orbit correction process is carried out. If during the orbit correction the saturation of the SG system occurs, then it is logical to try to combine the inevitable process of unloading the SG with the formation of such a kinetic moment of the spacecraft that will complete the correction of the orbit of the spacecraft without re-saturation of the SG system and, moreover, will make it possible to obtain a vector at the time of completion of the correction of the orbit kinetic moment of a spacecraft belonging to a given region. Modeling can be carried out, for example, using equations (1). During its implementation, the well-known characteristics of DOs, their influence on the change in the kinetic moment of the spacecraft, the degree of participation in the correction of the orbit are taken into account. The choice of DO should be such as to reduce the influence of the processes associated with the formation of the required kinetic moment of the spacecraft on the orbit correction.
Поясним сущность предлагаемого способа на примере. Для повышения наглядности решения используются фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1, и фиг. 2 изображен корпус КА, двигатели ориентации (D1-D24), жестко связанная с КА система координат (ССК), смещенное относительно начала ССК положение центра масс (⊕) и направление действия векторов сил тяги ДО D9, D10, D11, D12
Обозначим момент времени, в который произошло насыщение системы СГ, как tS, а tp - момент времени начала формирования кинетического момента КА, если в процессе коррекции орбиты насыщения системы СГ не было. Предположим, что на КА установлена система СГ с областью S, описанной сферой радиусом Rсф.Let us explain the essence of the proposed method by example. To increase the clarity of the solution, FIG. 1 and FIG. 2. In FIG. 1 and FIG. 2 shows the spacecraft body, orientation engines (D 1 -D 24 ), the coordinate system rigidly connected with the spacecraft (SSC), the position of the center of mass (⊕) displaced relative to the beginning of the SSC and the direction of action of the traction force vectors DO 9 , D 10 , D 11 , D 12
Let us designate the point in time at which saturation of the SG system took place, as t S , and t p - the time moment of the onset of formation of the kinetic moment of the spacecraft, if during the correction of the orbit of saturation of the SG system there was no. Suppose that a spacecraft system with a region S described by a sphere of radius R sf is installed on the spacecraft.
Пусть, например, нам необходимо провести коррекцию орбиты в направлении оси ОХ (см. фиг. 1,2). Для этого необходимо включить двигатели D9-D12. Из-за смещения центра масс КА двигателями 9, 11 будет создаваться возмущающий момент. Этот момент нарушает требуемую ориентацию КА. Компенсация возникшего возмущающего момента осуществляется системой СГ, что позволяет максимально использовать тягу двигателей D9-D12, а, следовательно, увеличить продолжительность выдачи корректирующего импульса и уменьшить время проведения коррекции орбиты.Suppose, for example, we need to carry out an orbit correction in the direction of the OX axis (see Fig. 1,2). To do this, turn on the engines D 9 -D 12 . Due to the displacement of the center of mass of the spacecraft by the
Предположим, что после завершения коррекции орбиты КА должен находиться в режиме поддержания ориентации до следующей коррекции в течение интервала времени Δt′. Решая систему уравнений (1), варьируя исходные значения кинетического момента СГ, определяем область, в которой должен находиться кинетический момент СГ для того, чтобы минимизировать расход рабочего тела на интервале времени Δt′. Как показывает практика, во многих случаях для прогноза накопления кинетического момента КА достаточно решения уравнений вращательного движения КА без подробного моделирования движения центра масс КА. Тогда систему уравнений (1), например, для геостационарного спутника, можно записать в следующем виде:
Здесь полный кинетический момент КА; кинетический момент системы СГ; - угловая скорость КА; - соответственно гравитационные моменты, вызванные влиянием на ССС гравитационных полей Земли, Луны и Солнца; магнитный момент, обусловленный взаимодействием магнитного поля Земли и собственного магнитного момента КА; орты векторов Земля-КА, Солнце-КА, Луна-спутник; тензор инерции КА;
μE= 3.986032•105км3/с2,
μS= 1.32715445•1011км3/с2
μM= 4.90264•105км3/с2 - гравитационные параметры Земли, Луны и Солнца; RE, RS, RM - радиус-векторы Земли, Луны и Солнца; - момент от силы светового давления которая возникает при попадании потока солнечного света на спутник и при его отражении. S - площадь поперечного сечения КА; Е0 - мощность потока солнечного излучения; с - скорость света; r* - средний радиус орбиты Земли; Δ- расстояние от КА до Солнца; k - коэффициент отражения света поверхностью КА; собственный магнитный момент КА; магнитное поле Земли.Suppose that after the correction of the orbit, the spacecraft should be in the mode of maintaining orientation until the next correction during the time interval Δt ′. Solving the system of equations (1), varying the initial values of the kinetic moment of the SG, we determine the region in which the kinetic moment of the SG should be in order to minimize the flow rate of the working fluid in the time interval Δt ′. As practice shows, in many cases, to predict the accumulation of the kinetic moment of the spacecraft, it is enough to solve the equations of the rotational motion of the spacecraft without a detailed simulation of the motion of the center of mass of the spacecraft. Then the system of equations (1), for example, for a geostationary satellite, can be written in the following form:
Here full kinetic moment of the spacecraft; kinetic moment of the SG system; - angular velocity of the spacecraft; - respectively, the gravitational moments caused by the influence on the SSS of the gravitational fields of the Earth, the Moon and the Sun; magnetic moment due to the interaction of the Earth’s magnetic field and the spacecraft’s own magnetic moment; the unit vectors of the Earth-KA, Sun-KA, Moon-satellite; spacecraft inertia tensor;
μ E = 3.986032 • 10 5 km 3 / s 2 ,
μ S = 1.32715445 • 10 11 km 3 / s 2
μ M = 4.90264 • 10 5 km 3 / s 2 - gravitational parameters of the Earth, the Moon and the Sun; R E , R S , R M - radius vectors of the Earth, the Moon and the Sun; - moment from the force of light pressure which occurs when a stream of sunlight hits a satellite and when it is reflected. S is the cross-sectional area of the spacecraft; E 0 - power flow of solar radiation; c is the speed of light; r * is the average radius of the Earth’s orbit; Δ is the distance from the spacecraft to the sun; k is the light reflection coefficient by the surface of the spacecraft; intrinsic magnetic moment of the spacecraft; Earth's magnetic field.
Как показала практика, прогноз накопления кинетического момента КА, полученный при решении уравнений (2) для геостационарного спутника связи "Ямал", дает хорошие результаты. Итак, результатом решения будет некоторая область кинетического момента КА (Sk), назовем ее заданной, в которую должен попасть кинетический момент КА по завершению коррекции его орбиты. После определения заданной области кинетического момента осуществляется моделирование процесса коррекции КА с помощью уравнений (1).As practice has shown, the forecast of the accumulation of the kinetic moment of the spacecraft obtained by solving equations (2) for the geostationary communications satellite "Yamal" gives good results. So, the solution will result in a certain region of the kinetic moment of the spacecraft (S k ), we call it given, in which the kinetic moment of the spacecraft should fall upon completion of the correction of its orbit. After determining the given region of the kinetic moment, the spacecraft correction process is simulated using equations (1).
Если в процессе коррекции орбиты насыщение системы СГ не будет иметь место, то необходимо сформировать кинетический момент КА к моменту времени завершения коррекции орбиты. Для этого определяется время начала формирования кинетического момента. Моделируется процесс коррекции орбиты КА с помощью выражений (1) и (2), начиная с исходного момента времени выполнения коррекции. Определив время завершения процесса коррекции (tk), значение кинетического момента КА в момент завершения коррекции орбиты и зная динамику его изменения, находят приращение вектора кинетического момента КА, которое он должен получить для того, чтобы оказаться в заданной области Sk. Исходя из этого выбирают ДО, способные сообщить это приращение за кратчайшее время, и, определив продолжительность режима формирования кинетического момента КА, находят момент времени tp его начала. Поиск tp выполняют шагами по Δt- продолжительность минимального импульса момента при условии включения пары двигателей ориентации или момента при условии отключения i-го двигателя ориентации, участвующего в коррекции орбиты, для формирования заданного кинетического момента космического аппарата. Т. е. с текущего момента времени коррекции (tη), на которое имеются измерения вектора кинетического момента КА, и до момента времени tkη прогнозируем накопление кинетического момента с учетом отключения в момент времени i-го ДО или включения пары ДО для формирования требуемого кинетического момента КА.If saturation of the SG system will not take place during the orbit correction process, then it is necessary to form the kinetic moment of the spacecraft by the time of completion of the correction of the orbit. For this, the time of the beginning of the formation of the kinetic moment is determined. The process of correction of the orbit of a spacecraft is simulated using expressions (1) and (2), starting from the initial moment of time of the correction. Having determined the time of completion of the correction process (t k ), the value of the kinetic moment of the spacecraft at the time of completion of the correction of the orbit and knowing the dynamics of its change, find the increment of the vector of the kinetic moment of the spacecraft, which he must get in order to be in a given region S k . Proceeding from this, one chooses DOs capable of reporting this increment in the shortest time, and having determined the duration of the formation mode of the kinetic moment of the spacecraft, they find the instant t p of its beginning. The search t p is performed in steps of Δt is the duration of the minimum momentum subject to the inclusion of a pair of orientation engines or torque provided that the i-th orientation engine participating in the orbit correction is turned off to form the given kinetic moment of the spacecraft. That is, from the current moment of correction time (t η ), for which there are measurements of the vector of the kinetic moment of the spacecraft, and until the time t kη, we predict the accumulation of the kinetic moment taking into account the shutdown at the time of the ith DO or inclusion of a pair of DOs to form the required kinetic moment of the spacecraft.
Прогноз осуществляем с нулевыми начальными значениями по вектору
где главный вектор управляющего момента от всех работающих ДО без учета отключений i-ых ДО или включения пар ДО; главный вектор управляющего момента от всех работающих ДО с учетом отключений i-го ДО или включения пар ДО; главный вектор управляющего момента всех внешних возмущающих сил. Значение tkη определяется следующим образом:
где Vt - измеренное значение скорости коррекции КА на момент времени tη. Спрогнозированное значение суммируем с реальными начальными условиями по кинетическому моменту полученными на момент времени t начала прогноза.
The forecast is carried out with zero initial values for the vector
Where the main vector of the control moment from all operating BSs without taking into account the shutdown of the i-th BSs or the inclusion of pairs of BSs; the main vector of the control moment from all operating DOs, taking into account the shutdown of the i-th DO or the inclusion of DO pairs; the main vector of the control moment of all external disturbing forces. The value of t kη is determined as follows:
where V t is the measured value of the correction speed of the spacecraft at time t η . Predicted value summarize with the real initial conditions for the kinetic moment obtained at time t of the beginning of the forecast.
Далее проверяем выполнение условия
и если оно выполняется, то tp= t′η и в этот момент времени с помощью выбранных ДО начинается управление кинетическим моментом КА, которое приведет его в момент завершения процесса коррекции орбиты в заданную область, иначе повторяем цикл расчетов на момент времени t2 и т. д. до выполнения условия (7).
Next, check the condition
and if it is satisfied, then t p = t ′ η and at this point in time, using the selected DOs, control of the kinetic moment of the spacecraft begins, which will bring it at the moment of completion of the orbit correction process to a given area, otherwise we repeat the calculation cycle at time t 2 and etc. until condition (7) is satisfied.
ДО для формирования заданного значения кинетического момента выбираются следующим образом. Для достижения максимальной эффективности необходимо, чтобы вектор и вектор момента от ДО были противоположно направлены, причем чем больше тупой угол между указанными векторами, тем быстрее происходит формирование заданного значения кинетического момента. Вектора моментов при поочередном отключении ДО, участвующих в коррекции орбиты, определяются следующим образом:
- при отключении двигателя D9:
- при отключении двигателя D10:
- при отключении двигателя D11:
- при отключении двигателя D12:
где - радиус-векторы точки приложения соответствующих тяг двигателей где (i= 9, 10, 11, 12) - радиус-векторы точки приложения соответствующих тяг двигателей Должно выполняться следующее условие:
Выбрав те ДО, для которых условие (12) выполняется, обозначим их определяем те ДО, при отключении которых суммарный момент имеет наибольшую проекцию на направление, противоположное вектору Математически это выражение можно записать в виде
где ←_→ - знак соответствия.DO for the formation of a given value of the kinetic moment are selected as follows. To achieve maximum efficiency, it is necessary that the vector and the moment vector from the DO were oppositely directed, and the larger the obtuse angle between the indicated vectors, the faster the formation of a given value of the kinetic moment. The moment vectors during the successive shutdown of DOs involved in orbit correction are determined as follows:
- when turning off the engine D 9 :
- when turning off the engine D 10 :
- when engine D 11 is turned off:
- when turning off the engine D 12 :
Where - radius vectors of the point of application of the respective engine rods Where (i = 9, 10, 11, 12) are the radius vectors of the point of application of the corresponding engine rods The following condition must be met:
Having selected those DOs for which condition (12) is satisfied, we denote them we determine those DOs, when disconnected which total moment has the largest projection in the direction opposite to the vector Mathematically, this expression can be written as
where ← _ → is the sign of compliance.
В общем случае не всегда можно сформировать заданное значение кинетического момента, выбрав и отключив i-ый двигатель. Связано это с тем, что возможно возникновение ситуации, в которой каждый из векторов будет перпендикулярен вектору или когда возмущающий момент от каждого из работающих для коррекции орбиты двигателей направлен по трем осям КА, а вектор накапливается таким образом, что условие (12) выполнить невозможно. В таких случаях предлагается использовать пару ДО, не участвующих в коррекции орбиты. При этом двигатели, выполняющие коррекцию орбиты, не отключаются и сохраняется максимальная величина корректирующего импульса. Из возможных вариантов выбора пар ДО для разгрузки СГ включают ту из них, момент которой имеет наибольшую проекцию на противоположное направление вектора т. е.In the general case, it is not always possible to generate a given value of the kinetic moment by selecting and disabling the i-th engine. This is due to the fact that a situation may arise in which each of the vectors will be perpendicular to the vector or when the disturbing moment from each of the engines working to correct the orbit is directed along the three axes of the spacecraft, and the vector accumulates in such a way that condition (12) cannot be fulfilled. In such cases, it is proposed to use a pair of DOs not participating in orbit correction. At the same time, the engines performing orbit correction are not turned off and the maximum value of the correction pulse is preserved. Of the possible options for choosing DO pairs for unloading the SG include that one whose moment has the greatest projection in the opposite direction of the vector i.e.
где р= 1, 2, . . . - номера пар ДО, удовлетворяющих условию формирования кинетического момента:
здесь вектора моментов от р-ых пар ДО; вектор разгрузочного момента, максимально удовлетворяющий условию формирования ДО.
where p = 1, 2,. . . - numbers of DO pairs satisfying the kinetic moment formation condition:
here vector of moments from r-th pairs of DO; vector of the unloading moment, which maximally satisfies the condition for the formation of BS.
В рассматриваемом случае в качестве пар ДО, участвующих в формировании кинетического момента, могут использоваться ДО ДО D15 и D6, D16 и D5 или D13 и D8, D7 и D14.In the case under consideration, DO pairs up to D 15 and D 6 , D 16 and D 5 or D 13 and D 8 , D 7 and D 14 can be used as DO pairs participating in the formation of the kinetic moment.
Сразу же по началу процесса формирования кинетического момента определяют момент времени его завершения (tZ). Этот момент времени будем определять из необходимой достаточности для завершения основного процесса коррекции орбиты КА и попаданию вектора в момент завершения коррекции в заданную область кинетического момента КА Область поиска определяется временным интервалом (t, tks), где tks - момент завершения коррекции с учетом работы всех выбранных для коррекции ДО.Immediately at the beginning of the process of formation of the kinetic moment, the moment of its completion (t Z ) is determined. This moment of time will be determined from the necessary sufficiency to complete the main process of correction of the orbit of the spacecraft and hit the vector at the moment of completion of the correction to a given region of the kinetic moment of the spacecraft, the search area is determined by the time interval (t, t ks ), where t ks is the moment of completion of the correction, taking into account the work of all selected DOs for correction.
где Vu - заданная величина, определяющая скорость коррекции КА; Vts - текущее значение кажущейся скорости коррекции на момент времени начала формирования кинетического момента tp, определяется, например, как интегральная оценка измерений акселерометра с момента времени начала коррекции и до момента времени tp; αΣ- расчетное ускорение, получаемое КА от работающих ДО, участвующих в коррекции его орбиты.
where V u is a given value that determines the speed of correction of the spacecraft; V ts is the current value of the apparent correction speed at the time of the beginning of the formation of the kinetic moment t p , is determined, for example, as an integral assessment of the accelerometer measurements from the time of the start of correction to the time t p ; α Σ is the calculated acceleration received by the spacecraft from operating DOs involved in the correction of its orbit.
Поиск производится η-ми шагами, каждый из которых отличается от предыдущего на Δt, т. е. The search is performed with η steps, each of which differs from the previous one by Δt, i.e.
где Δt- продолжительность минимального импульса разгрузочного момента или Определив 1-ый момент времени как t'1= tp, осуществим прогноз изменений вектора на интервале (t'1, tk1) по выражению:
где главный вектор управляющего момента от всех работающих ДО без учета отключений i-ых ДО или пар ДО; главный вектор управляющего момента от всех работающих ДО с учетом отключений i-го ДО или включения пар ДО; главный вектор управляющего момента всех внешних возмущающих сил. Значение известно, например, в результате тестовых включений ДО. Значение tk1 определяется следующим образом:
где измеренное значение скорости коррекции КА на момент времени t'1.
where Δt is the duration of the minimum impulse of the unloading moment or Defining the first moment of time as t ' 1 = t p , we carry out a forecast of changes in the vector on the interval (t ' 1 , t k1 ) by the expression:
Where the main vector of the control moment from all operating BSs without taking into account disconnections of the i-th BS or pairs of BSs; the main vector of the control moment from all operating DOs, taking into account the shutdown of the i-th DO or the inclusion of DO pairs; the main vector of the control moment of all external disturbing forces. Value It is known, for example, as a result of test inclusions of DO. The value of t k1 is determined as follows:
Where the measured value of the correction speed of the spacecraft at time t ' 1 .
Прогноз осуществляем с нулевыми начальными значениями по вектору и далее суммируем спрогнозированное значение с реальными начальными условиями, полученными по выражению
на момент времени t'1
Далее проверяем выполнение условия
и если оно выполняется, то tz= t'1, иначе выбираем t′2= tp+Δt и повторяем цикл расчетов на момент времени t'2 и т. д. до выполнения условия (22).The forecast is carried out with zero initial values for the vector and then we summarize the predicted value with the real initial conditions obtained by the expression
at time t ' 1
Next, check the condition
and if it is satisfied, then t z = t ' 1 , otherwise we choose t ′ 2 = t p + Δt and repeat the calculation cycle at time t ′ 2 , etc., until condition (22) is satisfied.
Формирование кинетического момента КА прекращается в момент завершения коррекции орбиты или по достижению временем коррекции значения tz.The formation of the kinetic moment of the spacecraft stops at the moment of completion of the correction of the orbit or when the correction time reaches the value of t z .
Рассмотрим случай управления кинетическим моментом при коррекции орбиты геостационарного спутника связи. Предположим, что после завершения процесса коррекции орбиты КА будет иметь следующий вектор состояния в гринвичской системе координат:
где радиус-вектор и вектор скорости КА соответственно.Consider the case of controlling the kinetic moment in the correction of the orbit of a geostationary communications satellite. Suppose that after completion of the orbit correction process, the spacecraft will have the following state vector in the Greenwich coordinate system:
Where radius vector and spacecraft velocity vector, respectively.
КА должен в процессе коррекции орбиты сохранять неизменной свою ориентацию в орбитальной системе координат. Эта ориентация задается следующими углами Крылова: λY= 0; λx= 0; λz= 2700.
Предположим, что после коррекции орбиты КА должен в течение трех суток поддерживать неизменной эту же ориентацию. Решая систему уравнений (2), получим заданную область кинетического момента, в которой должен оказаться кинетический момент КА после завершения процесса коррекции орбиты. На фиг. 3, 4, 5 показан полученный в результате решения системы уравнений (2) результирующий график изменения вектора кинетического момента КА в связанной с КА системе координат в течение трех суток поддержания указанной ориентации. Из графика видно, что составляющая Gz изменяется медленно на заданном временном интервале и поэтому основные ограничения нужно вводить на две другие составляющие кинетического момента КА. Т. о. , если вектор кинетического момента в конце процесса коррекции орбиты КА будет принадлежать следующей области:
-8≤Gx≤5 Нмс
-7≤Gy≤8 Нмс
-5≤Gz≤5 Нмс,
то удастся избежать насыщения системы СГ при выполнении дальнейшей программы полета.The spacecraft must maintain its orientation in the orbital coordinate system during the correction of the orbit. This orientation is defined by the following Krylov angles: λ Y = 0; λ x = 0; λ z = 270 0 .
Suppose that after correction of the orbit, the spacecraft must maintain the same orientation unchanged for three days. Solving the system of equations (2), we obtain a given region of the kinetic moment, in which the kinetic moment of the spacecraft should appear after the completion of the orbit correction process. In FIG. Figures 3, 4, 5 show the resulting graph of the change in the vector of the kinetic moment of the spacecraft in the coordinate system associated with the spacecraft for three days maintaining the indicated orientation. It can be seen from the graph that the component Gz changes slowly over a given time interval, and therefore, the main constraints must be introduced on the other two components of the kinetic moment of the spacecraft. T. about. if the vector of the kinetic moment at the end of the correction process of the SC orbit will belong to the following region:
-8≤Gx≤5 Nms
-7≤Gy≤8 Nms
-5≤Gz≤5 Nms,
it will be possible to avoid saturation of the SG system during the execution of the further flight program.
Блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ управления кинетическим моментом КА в процессе коррекции его орбиты, представлена на фиг. 6, где введены следующие обозначения: 1 - блок скорости коррекции (БСК); 2 - блок датчиков внешней информации опорного базиса (БДВИ); 3 - блок определения управляющих сил и моментов (БОУСМ); 4 - блок формирования управляющих сил и моментов (БФУСМ); 5 - блок определяемых значений продолжительности импульсов ДО (БОЗПИД); 6 - блок ДО (БДО); 7 - корпус КА (ККА); 8 - блок датчиков угловой скорости (БДУС); 9 - блок датчиков линейных ускорений (БДЛУ); 10 - блок задания параметров управления КА (БЗПУКА); 13 - блок силовых гироскопов (БСГ); 14 - блок определения значений суммарного вектора кинетического момента (БОЗСВКМ); 16 - блок формирования текущего времени разгрузки СГ (БФТВРСГ); 11 - блок приведения прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента к начальным условиям (БППЗСВКМНУ); 12 - блок определения времени окончания режима коррекции (БОВОРК). БФУСМ 4 содержит следующие блоки, аналогичные описанным в прототипе, представленные на фиг. 7: 21 - блок выбора ДО для коррекции орбиты (БВДКО); 24 - блок формирования разгрузочного момента для системы СГ (БФРМСГ); 25 - блок определения разгрузочных моментов для системы СГ (БОРМСГ); 22 - блок выбора разгрузочного момента для системы СГ (БВРМСГ); 23 - блок выбора пары ДО для разгрузки системы СГ (БВПДРСГ). На указанной блок-схеме кроме ранее описанных блоков, аналогичных описанным в прототипе, дополнительно введены следующие: 18 - блок определения заданной области кинетического момента (БОЗОКМ); 19 - блок сравнения текущего времени коррекции орбиты КА и расчетного времени начала формирования суммарного вектора кинетического момента КА (БСТВКОРВНФСВКМ); 15 - блок сравнения параметров заданной области кинетического момента КА и суммарного вектора кинетического момента КА (БСПИОКМСВКМ); 16 - блок задания текущего времени формирования кинетического момента космического аппарата (БЗТВФКМКА); 17 - блок прогнозируемых значений суммарного вектора кинетического момента в процессе формирования суммарного вектора кинетического момента (БПЗСВКМФСВКМ), 20 - блок определения времени начала формирования кинетического момента (БОВНФКМ). A block diagram of a system that implements the proposed method for controlling the kinetic moment of a spacecraft in the process of correcting its orbit is shown in FIG. 6, where the following designations are introduced: 1 - block correction speed (BSK); 2 - a block of sensors of external information of the reference basis (BDVI); 3 - block determining control forces and moments (BOUSM); 4 - block forming the control forces and moments (BFUSM); 5 - a block of determined values of the duration of the pulses DO (BOZPID); 6 - block DO (BDO); 7 - spacecraft body (KKA); 8 - block of angular velocity sensors (BDUS); 9 - block of linear acceleration sensors (BDLU); 10 - block setting the control parameters of the spacecraft (BZPUKA); 13 - block power gyroscopes (BSG); 14 is a block for determining the values of the total vector of kinetic moment (BOSSVKM); 16 is a block for generating the current SG unloading time (BFTVRSG); 11 is a block for bringing the predicted values of the total vector of the kinetic moment to the initial conditions (BPPZSVKMNU); 12 - block determining the end time of the correction mode (BOVORK).
При этом выходы БСК 1 и БДВИ 2 соединены соответственно с первым и вторым выходом БОУСМ 3, а выход БОУСМ 3 соединен с первым входом БФУСМ 4. Первый выход БФУСМ 4 соединен с первым входом БОЗПИД 5, а выход БОЗПИД 5 - с входом БДО 6. В свою очередь БДО 6 соединен со вторым входом БОЗПИД 5. На корпусе КА 7 установлены БДО 6, БДУС 8 и БДЛУ 9. При этом выход БДУС 8 соединен с третьим входом БОУСМ 3, а выход БДЛУ 9 соединен с первым входом БСК 1. Первый, второй, третий и четвертый выходы БЗПУКА 10 соединены соответственно с входом БДВИ 2, вторым входом БСК 1, четвертым входом БОУСМ 3 и вторым входом БФУСМ 4. At the same time, the outputs of BSK 1 and
Вход БСГ 13 соединен со вторым входом БОУСМ 3, а выход БСГ 13 - с первым входом БОЗСВКМ 14. Первый выход БОЗСВКМ 14 соединен с первым входом БСПИОКМСВКМ 15, а второй выход этого же блока - с с первым входом БППЗСВКМНУ 11 и третьим входом БСПИОКМСВКМ 15. Второй вход БОЗСВКМ 14 соединен с выходом БДУС 8. Выход БЗТВФКМКА 16 соединен с третьим входом БОЗСВКМ 14 и первыми входами БПЗСВКМФСВКМ 17 и БОВОРК 12. Первый выход БСПИОКМСВКМ 15 соединен с первым входом БЗТВФКМКА 16, а второй выход - с третьим входом БФУСМ 4. Третий выход БСПИОКМСВКМ 15 соединен с четвертым входом БФУСМ 4 и вторым входом БЗТВФКМКА 16. Второй вход БСПИОКМСВКМ 15 соединен с пятым выходом БЗПУКА 10, а четвертый вход этого же блока - с первым выходом БППЗСВКМНУ 11, пятый вход - с выходом БОЗОКМ 18, шестой вход - с выходом БСТВКОРВНФСВКМ 19. The input of the
Выход БПЗСВКМФСВКМ 17 соединен со вторым входом БППЗСВКМНУ 11. Второй вход БПЗСВКМФСВКМ 17 соединен с первым выходом БОВОРК 12, третий и четвертый входы этого же блока соединены соответственно с третьим выходом БФУСМ 4 и шестым выходом БЗПУКА 10. The output of
Второй вход БОВОРК 12 соединен со вторым выходом БСК 1, а третий вход - со вторым выходом БФУСМ 4. The second input of
Первый вход БОЗОКМ 18 соединен с седьмым выходом БЗПУКА 10, второй - с выходом БДУС 8, третий - с выходом БДЛУ 9, четвертый - с выходом БСГ 13. Первый вход БСТВКОРВНФСВКМ 19 соединен с восьмым выходом БЗПУКА 10, второй вход БСТВКОРВНФСВКМ 19 соединен с выходом БОЗОКМ 20. The first input of
Первый вход БОВНФКМ 20 соединен с девятым выходом БЗПУКА 10, второй - с выходом БДУС 8, третий - с выходом БДЛУ 9, четвертый - с выходом БСГ 13. пятый - со вторым выходом БОВОРК 12. The first input of
Первый вход БВДКО 21 соединен с БОУСМ 3, а второй вход - с четвертым выходом БЗПУКА 10. Первый выход БВДКО 21 соединен с первым входом БФРМСГ 24 и вторым входом БОРМСГ 25. Второй выход этого же блока объединен с третьим выходом БФУСМ 4. Первый выход БФРМСГ 24 является одновременно первым выходом БФУСМ 4, а второй выход - вторым выходом БФУСМ 4. Второй вход БФРМСГ 24 соединен с выходом БВРМСГ 22. Третий вход БФРМСГ 24 соединен с четвертым входом БФУСМ 4. The first input of
Первый вход БОРМСГ 25 соединен с третьим входом БФУСМ 4, а третий вход указанного блока - с четвертым выходом БЗПУКА 10. Первый выход БОРМСГ 25 соединен со вторым входом БВРМСГ 22, а второй выход этого же блока - с первым входом БВПДРСГ 23. Первый вход БВРМСГ 22 соединен с третьим входом БФУСМ 4. The first input of
Второй вход БВПДРСГ 23 соединен с выходом БЗПУКА 10, а третий вход - с четвертым входом БФУСМ 4. Первый выход БВПДРСГ 23 соединен с первым выходом БФУСМ 4, а второй выход этого же блока - с третьим выходом БФУСМ 4. The second input of the
Рассмотрим примеры реализации указанных блоков. Consider examples of the implementation of these blocks.
БСГ 13 может быть выполнен на основе двухстепенных СГ. Схема указанного блока и ее описание представлены в [3] , с. 12-14.
Блоки 11, 12, 14-25 и их функциональные связи могут быть реализованы с использованием микропроцессорной техники, например, на базе одного из процессоров трехканального исполнения ЦВМ "Электроника" МС 1201.02-02 (см. [4] ) с дополнительными контроллерами ввода-вывода.
На фиг. 8 показан пример такой реализации. При этом введены следующие обозначения: 27 - тактовый генератор (ТГ), 26 - процессор (П), 28 - дешифратор адреса (ДША), 29 - устройство ввода-вывода (УВВ), ШД - трехстабильная двухнаправленная 16-ти разрядная шина данных, ША - трехстабильная однонаправленная 16-ти разрядная шина адреса, ШУ - шина управления (10 линий сигналов управления). In FIG. 8 shows an example of such an implementation. The following notation was introduced: 27 - clock generator (TG), 26 - processor (P), 28 - address decoder (DSA), 29 - input-output device (UVV), SD - three-way bi-directional 16-bit data bus, ША - three-stable unidirectional 16-bit address bus, ШУ - control bus (10 lines of control signals).
Блоки 11, 12, 14-25 набраны из стандартных постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) емкостью 2 кБайта. При этом число стандартных ПЗУ определяется объемом алгоритма решаемой в блоке задачи (см. [5] с. 115 - 117). Функциональные связи между блоками 11, 12, 14 - 25 реализованы за счет трехканального исполнения - через шины данных, адреса и управления.
Кроме указанных в прототипе связей через УВВ 29 осуществляется функциональная многоканальная связь 4, 5, 6, 7, 8, 9 выходов БЗПУКА 10 с соответствующими входами БФУСМ 4, БСПИОКМСВКМ 15, БПЗСВКМПКО 17, БСТВКОРВНФСВКМ 19, БОЗОКМ 18, БОВНФКМ 20. In addition to the connections indicated in the prototype, through the air-blast 29 a functional
Реализация указанной функциональной связи может быть осуществлена при помощи аппаратуры управляющего информационно-вычислительного комплекса (УИВК) "Стек - 30". The implementation of this functional communication can be carried out using the equipment of the managing information-computer complex (UIVK) "Stack - 30".
Через УВВ 29 осуществляются также связи второго выхода БСК 1 со вторым входом БОВОРК 12, выхода БСГ 13 с первым входом БОЗСВКМ 14, первого выхода БОУСМ 3 с первым входом БВДКО 21, выхода БДУС 8 со вторым входом БОЗСВКМ 14, связь БОЗОКМ 18 с пятым входом БСПИОКМСВКМ 15, связь БСТВКОРВНФСВКМ 19 с шестым входом БСПИОКМСВКМ 15, связь БОВНФКМ 20 со вторым входом БСТВКОРВНФСВКМ 19. Кроме того, со вторых выходов БФРМСГ 24 и БВПДРСГ 23 через УВВ 29 передается информация в БОЗПИД 5 через его первый вход. Интерфейс указанных связей достаточно подробно описан в [4] , с. 33-35. Through the
Работает система управления следующим образом. Перед началом коррекции орбиты БЗПУКА 10 со своего седьмого выхода на первый вход БОЗОКМ 18 выдает управляющий сигнал на определение заданной области кинетического момента КА. Получив этот сигнал, БОЗОКМ 18 принимает на свои второй, третий и четвертый входы с выхода БДУС 8, выхода БДЛУ 9 и выхода БСГ 13 соответственно заданную информацию для прогноза накопления кинетического момента КА (вектор кажущегося ускорения КА, вектор угловой скорости, вектор кинетического момента СГ). С седьмого выхода БЗПУКА 10 поступает также информация, необходимая для расчета возмущающих моментов и области допустимых значений кинетического момента СГ (положение солнечных батарей, текущая ориентация КА, вектор состояния, количество работающих СГ, необходимая информация об участвующих в коррекции орбиты ДО и т. д. ). БОЗОКМ 18 осуществляет прогноз процесса коррекции орбиты и определение заданной области кинетического момента КА посредством решения системы уравнений (1) и передает по факту завершения указанного решения со своего первого выхода на пятый вход БСПИОКМСВКМ 15 параметры заданной области кинетического момента КА. The control system operates as follows. Before beginning the correction of the orbit of the
С помощью БЗПУКА 10 выбирается требуемый режим ориентации путем включения необходимого датчика, входящего в состав БДВИ 2 с помощью сигнала, передаваемого с первого выхода БЗПУКА 10 на вход БДВИ 2 и подтверждения выбора режима ориентации в БОУСМ 3 с четвертого выхода БЗПУКА 10 на первый вход БОУСМ 3. Одновременно в БСК 1 с третьего выхода БЗПУКА 10 на первый вход БСК 1 задаются параметры коррекции орбиты КА, включающие величину и направление вектора скорости коррекции. Задачу построения и поддержания ориентации решает БОУСМ 3, который содержит в себе кинематический контур системы управления движением (подробнее описание работы кинематического контура представлено, например, при описании заявки [3] на изобретение). Для этого используется информация, поступающая от БДВИ 2 и БДУС 8 на третий и четвертый входы БОУСМ 3 соответственно. Using
Кроме того, по началу выполнения режима коррекции орбиты со второго выхода БОУСМ 3 на второй вход БФУСМ 4 (схема БФУСМ представлена на фиг. 9, подробное описание работы приведено в прототипе) выдаются требования на формирование управляющих сил Fi. БФУСМ 4 определенным образом, описанным в способе-прототипе, формирует по своему второму выходу (в случае формирования кинетического момента в процессе коррекции орбиты либо со второго выхода БВПДРСГ 23 либо с первого выхода БФРМСГ 24 в зависимости от того, каким образом будет выполняться формирование требуемого кинетического момента) на первый вход БОЗПИД 5 сигналы, которые там усиливаются, запоминаются и транслируются с установленной продолжительностью на пусковые клапаны ДО с выхода БОЗПИД 5. В свою очередь с каждого ДО идет в БОЗПИД 5 (на его второй вход) квитанция о начале работы двигателей. Как только продолжительность работы двигателя достигнет запомненной величины, он отключается (прекращается подача управляющего сигнала на пусковые клапаны).In addition, at the beginning of the execution of the orbit correction mode from the second output of the
Одновременно с выдачей требования на формирование управляющих сил Fi с первого выхода БОУСМ 3 на первый вход БСГ 13 выдаются требования на формирование управляющих моментов. БСГ 13 формирует закон управления осями прецессии СГ (см. [3] с. 12-13) по затребованным управляющим моментам. При этом за счет измерений, проводимых в блоке синус-косинусных преобразователей углов поворота осей прецессии, входящего в состав БСГ 13, а также по известным значениям кинетических моментов роторов гиродвигателей определяется значение вектора кинетического момента системы СГ При этом непосредственно значение определяется в БОЗСВКМ 14 по указанным измеренным значениям, поступающим на его второй вход с выхода БСГ 13. На первый вход БОЗСВКМ 14 с БДУС 8 поступает информация о значениях вектора абсолютной угловой скорости КА В самом БОЗСВКМ 14 имеются заранее заданные значения компонент тензора инерции КА В результате в нем определяется значение вектора в соответствии с последним выражением из (1).Simultaneously with the issuance of a requirement for the formation of control forces F i from the first output of the
В момент времени начала коррекции орбиты КА с девятого выхода БЗПУКА 10 на первый вход БОВНФКМ 20 выставляется требование определения времени начала формирования требуемого значения кинетического момента. Получив этот сигнал, БОВНФКМ 20 принимает на свои второй, третий и четвертый входы с выхода БДУС 8, выхода БДЛУ 9 и выхода БСГ 13 соответственно исходную информацию для прогноза накопления кинетического момента КА (вектор кажущегося ускорения КА, вектор угловой скорости, вектор кинетического момента СГ). С седьмого выхода БЗПУКА 10 поступает также информация, необходимая для расчета возмущающих моментов и области допустимых значений кинетического момента СГ (положение солнечных батарей, текущая ориентация КА, вектор состояния, количество работающих СГ, необходимая информация об участвующих в коррекции орбиты ДО и т. д. ). At the time of the start of the correction of the spacecraft’s orbit from the ninth exit of the
БОВНФКМ 20 осуществляет прогноз процесса коррекции орбиты и накопления в течение этого процесса кинетического момента КА на интервале времени от начала коррекции орбиты до расчетного момента времени ее завершения tkη Прогноз осуществляется с нулевыми начальными значениями по вектору согласно (4). Со второго выхода БСК 1 через второй вход БОВОРК 12 считывается значение входящее в выражение (5). Одновременно из второго выхода БФУСМ 4 на третий вход БОВОРК 12 приходит информация о номерах ДО, участвующих в коррекции орбиты. По указанным номерам в блоке определяется aΣ. Для этого используются известные силы тяги ДО и масса КА и производится расчет tkη по выражению (5). Далее информация о значении tkη передается со второго выхода БОВОРК 12 на пятый вход БОВНФКМ 20.
Спрогнозированное значение суммируем с реальными начальными условиями по кинетическому моменту полученными на момент времени начала коррекции орбиты по (6). Если в результате моделирования в БОВНФКМ 20 выяснилось, что коррекция пройдет без насыщения системы СГ и при этом вектор кинетического момента КА в момент времени tkη не будет принадлежать заданной области, то в БОВНФКМ 20 выполняется поиск времени tp начала формирования заданного вектора кинетического момента КА.Predicted value summarize with the real initial conditions for the kinetic moment obtained at the time of the beginning of the correction of the orbit according to (6). If as a result of modeling in
Поиск tp выполняют шагами по Δt (продолжительность минимального импульса момента при условии включения пары двигателей ориентации или момента при условии отключения i-го двигателя ориентации, участвующего в коррекции орбиты). С текущего момента времени коррекции (tη), на которое имеются измерения вектора кинетического момента КА, рассчитанные с использованием полученных от БСГ 13 с его выхода на четвертый вход БОВНФКМ 20 значений вектора кинетического момента силовых гироскопов и имеющемуся там значению тензора инерции КА по последнему выражению (1), и до момента времени tkη прогнозируется накопление кинетического момента с учетом отключения в момент времени i-го ДО или включения пары ДО для формирования требуемого кинетического момента КА по (3).Search t p perform steps in Δt (duration of the minimum momentum subject to the inclusion of a pair of orientation engines or torque provided that the i-th orientation engine involved in the orbit correction is turned off). From the current moment of correction time (t η ), for which there are measurements of the SC kinetic moment vector, calculated using 20 values of the kinetic moment vector of power gyroscopes and the SC inertia tensor value available there from the
Выполняется прогноз накопления кинетического момента по вектору согласно (4). Значение tkη определяется по (16). Спрогнозированное значение суммируем с реальными начальными условиями по кинетическому моменту полученными на момент времени tη начала прогноза по (6).The prediction of the accumulation of kinetic moment by vector according to (4). The value of t kη is determined by (16). Predicted value summarize with the real initial conditions for the kinetic moment obtained at time t η the beginning of the forecast according to (6).
Далее проверяется выполнение условия (7), и если оно выполняется, то и полученное значение tp по выходу БОВНФКМ 20 передается в БСТВКОРВНФСВКМ 19 (на его второй вход). В противном случае повторяем цикл расчетов на момент времени t2 и т. д. до выполнения условия (7).Next, the fulfillment of condition (7) is checked, and if it is satisfied, then and the obtained value of t p at the output of
В момент времени начала коррекции БЗПУКА 10 передает со своего восьмого выхода на первый вход БСТВКОРВНФСЗКМ 19 значение времени начала коррекции, которое в процессе коррекции отслеживается и после прихода tp в БСТВКОРВНФСВКМ 19 сравнивается с ним. В момент времени, когда текущее время коррекции орбиты станет равно времени tp начала формирования заданного значения кинетического момента КА БСТВКОРВНФСВКМ 19 со своего выхода на шестой вход БСПИОКМСВКМ 15 выдает команду на начало формирования требуемого кинетического момента.At the time of the start of correction,
На первый вход БОЗСВКМ 14 с БДУС 8 поступает информация о значениях вектора абсолютной угловой скорости КА В самом БОЗСВКМ 14 имеются заранее заданные значения компонент тензора инерции КА В результате в нем определяется значение вектора в соответствии с последним выражением из (1). С первого выхода БОЗСВКМ 14 значения поступают на первый вход БСПИОКМСВКМ 15. В БСПИОКМСВКМ 15 производится проверка выполнения условия (19). При этом параметры области допустимых значений кинетического момента СГ могут изменяться в зависимости от числа работающих в системе силовых гироскопов. Указанные изменения в БСПИОКМСВКМ 15 производятся при помощи БЗПУКА 10, пятый выход которого соединен со вторым входом БСПИОКМСВКМ 15.At the
В случае невыполнения условия (7) с первого выхода указанного блока на первый вход БФТВРПОВФКМ 16 выдается значение времени tp. Одновременно со второго выхода этого же блока на третий вход БФУСМ 4 выдается значение вектора Как только БФТВРПОВФКМ 16 получает значение момента времени tp, он тут же формирует на своем выходе значение t'1 в соответствии с выражением (17). В свою очередь t'1 передается на третий вход БОЗСВКМ 14, на первый вход БОВОРК 12 и на первый вход БПЗСВКМПКО 17. По приходу в БОЗСВКМ 14 значения t'1 в нем происходит присвоение Значение вектора поступает со второго выхода БОЗСВКМ 14 на первый вход БППЗСВКМНУ 11 и на третий вход БСПИОКМСВКМ 15. В БППЗСВКМНУ 11 оно служит в качестве начального условия в выражении (21), а в БСПИОКМСВКМ 15 оно необходимо для проверки условия принадлежности кинетического момента КА допустимой области, при нахождении его в которой обеспечивается управляемость КА. Значение t'1, переданное в БПЗСВКМПКО 17, устанавливает нижнюю границу определенного интеграла, входящего в выражение (18). Оно же задает в БОВОРК 12 момент времени tk1 начала определения второй верхней границы указанного интеграла. Так, по приходу этого времени в БОВОРК 12 из второго выхода БСК 1 через второй вход БОВОРК 12 считывается значение входящее в выражение (19), одновременно информация о номерах ДО, участвующих в коррекции орбиты. По указанным номерам в блоке определяется aΣ. Для этого используются известные силы тяги ДО и масса КА и производится расчет tk1 по выражению (19). Далее информация о значении tk1 передается по первому выходу БОВОРК 12 на второй вход БПЗСВКМПКО 17.In case of failure of condition (7) from the first output of the specified block to the
Информация о номерах ДО, первоначально участвующих в коррекции орбиты, выдается также с третьего выхода БФУСМ 4 на третий вход БПЗСВКМПКО 17 (либо со второго выхода БВДОКО 21, либо со второго выхода БВПДРСГ 23 в зависимости от того, какие ДО участвуют в коррекции орбиты и формировании кинетического момента КА). При этом каждому двигателю ставится в соответствие управляющий момент который он создает. Причем значение указанных управляющих моментов задается в БПЗСВКМПКО 17 через четвертый его вход с шестого выхода БЗПУКА 10. Для ДО, не участвующих в управлении, По указанному каналу в БПЗСВКМПКО 17 выдаются также значения, определяющие значения возмущающих моментов (углы ориентации КА, положение солнечных батарей и т. д. ). С третьего выхода БФУСМ 4 на третий вход БПЗСВКМПКО 17 передаются также номера ДО для вектора По значениям и в БПЗСВКМПКО 17 определяется
Далее суммируется с полученным там же . Затем производится интегрирование на интервале установленных границ в соответствии с выражением (18). Полученные интегральные значения передаются с первого выхода БПЗСВКМПКО 17 на второй вход БППЗСВКМНУ 11, где производится их суммирование с начальными значениями по (21). Полученная сумма с выхода БППЗСВКМНУ 11 передается на четвертый вход БСПИОКМСВКМ 15, где производится проверка выполнения условия (22). Если в БСПИОКМСВКМ 15 при проверке не выполняется условие (22) и выполняется условие принадлежности кинетического момента КА допустимой области, то значение tp подтверждается в БФТВРПОВФКМ 16 и повторяется рассмотренный выше цикл разгрузки СГ на момент времени t'2 и т. д.Information about the DO numbers, initially participating in the orbit correction, is also issued from the third exit of the
Further sums up with received there . Then, integration is performed over the interval of established boundaries in accordance with expression (18). The obtained integral values are transferred from the first output of the
Если же в БСПИОКМСВКМ 15 при проверке выполняется условие (22) или не выполняется условие принадлежности кинетического момента КА допустимой области, то с третьего выхода БСПИОКМСВКМ 15 на четвертый вход БФУСМ 4 выдается команда на снятие режима формирования кинетического момента КА, на второй вход БФТВРПОВФКМ 16 - на прекращение режима поиска момента времени tz.If, in the case of
Предлагаемый способ и система управления позволяют так управлять кинетическим моментом космического аппарата в процессе коррекции орбиты КА, что при дальнейшем выполнении программы полета число насыщений системы СГ будет минимально, а, следовательно, число включений ДО для разгрузки СГ также будет минимально, а это в свою очередь приведет к уменьшению расхода рабочего тела и влиянию на орбиту КА, вызванному работой ДО. The proposed method and control system make it possible to control the kinetic moment of the spacecraft during the correction of the spacecraft’s orbit so that with a further flight program, the number of saturations of the SG system will be minimal, and therefore the number of power-ups for unloading the SG will also be minimal, and this in turn will lead to a decrease in the flow rate of the working fluid and the effect on the orbit of the spacecraft, caused by the operation of DO
Источники информации
1. Бранец В. Н. и др. "Способ управления космическим аппаратом, снабженным реактивными двигателями с направленными под углом к осям связанного базиса и смещенными относительно центра масс аппарата линиями действия тяг, система для реализации способа, блок реактивных двигателей системы. " Патент RU 2124461 С1.Sources of information
1. Branets V. N. et al. "A control method for a spacecraft equipped with jet engines with rod action lines directed at an angle to the axes of the connected base and displaced relative to the center of mass of the apparatus, a system for implementing the method, a block of jet engines of the system." RU patent 2124461 C1.
2. "Способ управления космическим аппаратом с помощью реактивных исполнительных органов и система для его реализации. " Патент RU 2112716 С1. 2. "A method of controlling a spacecraft using reactive executive bodies and a system for its implementation." Patent RU 2112716 C1.
3. Ковтун B. C. и др. "Система управления ориентацией космического аппарата с силовыми гироскопами. " Заявка 5032611/22 (012690), патент RU 2006430 C1. 3. Kovtun B. C. et al. "A control system for the orientation of a spacecraft with power gyroscopes." Application 5032611/22 (012690), patent RU 2006430 C1.
4. Техническое описание. ЩИ3.059.064-02 микроЭВМ "Электроника", 1990 г. 4. Technical description. ЩИ3.059.064-02 microcomputer "Electronics", 1990
5. Петросян О. А. и др. Схемотехника БИС ПЗУ. - М. : Радио и связь. 1987 г. 5. Petrosyan OA and others. Circuitry BIS ROM. - M.: Radio and communications. 1987 year
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001105445A RU2178761C1 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbit correction and system for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001105445A RU2178761C1 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbit correction and system for realization of this method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2178761C1 true RU2178761C1 (en) | 2002-01-27 |
Family
ID=20246569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001105445A RU2178761C1 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbit correction and system for realization of this method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2178761C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580593C2 (en) * | 2014-06-10 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of discharging power from gyro of spacecraft with creating the magnetic moment |
RU2657704C1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-06-14 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Space object motion control method in case of approach to another space object |
-
2001
- 2001-02-28 RU RU2001105445A patent/RU2178761C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2580593C2 (en) * | 2014-06-10 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of discharging power from gyro of spacecraft with creating the magnetic moment |
RU2657704C1 (en) * | 2017-03-24 | 2018-06-14 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Space object motion control method in case of approach to another space object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6681182B2 (en) | Fault detection pseudo gyro | |
CN106697333A (en) | Robustness analysis method for spacecraft orbit control strategy | |
US20040140401A1 (en) | System and method for controlling the attitude of a flying object | |
CN105929836B (en) | Control method for quadrotor | |
CN112414413B (en) | Relative angular momentum-based angle-only maneuvering detection and tracking method | |
CN110304279A (en) | A kind of mass center on-orbit calibration compensation method of electric propulsion satellite | |
CN101226062A (en) | Method for calculating lunar orbit real-time in star | |
US6282467B1 (en) | Three-axis inertial attitude determination for spinning spacecraft | |
CN107300700A (en) | Quick Synthetic Aperture Radar satellite beam bunching mode attitude maneuver demand computational methods | |
CN115265532A (en) | Auxiliary filtering method for marine integrated navigation | |
RU2112716C1 (en) | Method of control of space vehicles by means of reaction controls and system for realization of this method | |
RU2178761C1 (en) | Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbit correction and system for realization of this method | |
RU2178760C1 (en) | Method of control of moment of momentum of spacecraft in the course of orbital correction and system for realization of this method | |
CN113060306B (en) | Multi-pulse intersection iterative guidance method and device for limited thrust and electronic equipment | |
JP2937550B2 (en) | Automatic rendezvous navigation | |
Pontani et al. | Variable-time-domain neighboring optimal guidance and attitude control for low-thrust orbit transfers | |
Wu et al. | Single thruster attitude control software simulator for spinning spacecraft | |
RU2197412C2 (en) | Method of control of spacecraft by means of powered gyroscopes and jet engines located at angle relative to axes of body base | |
RU2281232C2 (en) | Method of control of spacecraft at maintenance of preset orientation with the aid of reactive flywheels and system for realization of this method | |
CN112857400B (en) | Carrier rocket initial alignment method based on ten-table redundant strapdown inertial measurement unit | |
RU2356802C2 (en) | Maintaining method of three-axis orientation of space vehicle with powered gyros and target load | |
Pernicka et al. | Simulation of the dynamics of a short tethered satellite system | |
Zeng et al. | Less computational unscented Kalman filter for practical state estimation of small scale unmanned helicopters | |
Sazonov | Restoration of the Trajectory of a Spacecraft Approaching an Orbital Station by Means of a Mathematical Model | |
RU2253596C2 (en) | Method of control of moment of momentum of spacecraft by means of jet actuating members |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180301 |