RU2207309C2 - Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method - Google Patents

Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method Download PDF

Info

Publication number
RU2207309C2
RU2207309C2 RU2001104733/28A RU2001104733A RU2207309C2 RU 2207309 C2 RU2207309 C2 RU 2207309C2 RU 2001104733/28 A RU2001104733/28 A RU 2001104733/28A RU 2001104733 A RU2001104733 A RU 2001104733A RU 2207309 C2 RU2207309 C2 RU 2207309C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
simulator
spacecraft
control
angular
angular motion
Prior art date
Application number
RU2001104733/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001104733A (en
Inventor
А.А. Головченко
Л.В. Головченко
В.С. Кандалов
А.А. Сочивко
С.И. Ткаченко
Г.Г. Чернов
Original Assignee
Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" filed Critical Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс"
Priority to RU2001104733/28A priority Critical patent/RU2207309C2/en
Publication of RU2001104733A publication Critical patent/RU2001104733A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2207309C2 publication Critical patent/RU2207309C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing spacecraft control systems. SUBSTANCE: proposed method includes physical simulation of angular motion of spacecraft on test stand. Center of mass of spacecraft simulator is matched with center of its rotation and energy fluxes from stars, Sun and earth are simulated for external information sensors. Angular motion of spacecraft simulator is controlled in turn by means of system under test and technological system. Swivel platform with Earth energy flux simulator is set in rotation at orbital angular velocity and possibility of holding the spacecraft simulator within tolerable range of deviation from vertical in the course of control by means of system under test is estimated. In case deviation is beyond tolerable limits, optimization of control system is discontinued. EFFECT: enhanced accuracy of ground tests and enhanced operational reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике отработки, испытаний и исследования характеристик систем управления угловым движением, в частности к технике отработки, испытаний и исследования характеристик систем управления угловым движением космических аппаратов в наземных условиях. The invention relates to techniques for testing, testing and researching the characteristics of angular motion control systems, in particular to techniques for testing, testing and researching the characteristics of angular motion control systems of spacecraft in ground conditions.

Известен способ отработки, испытаний и исследования характеристик систем управления движением космических аппаратов в наземных условиях посредством физического моделирования с малыми возмущающими моментами углового движения космического аппарата имитатором космического аппарата, совмещения центра масс имитатора космического аппарата с центром его вращения путем соответствующей установки аппаратуры отрабатываемой системы управления и балансировочных грузов на имитаторе, создания энергетических потоков для датчиков внешней информации отрабатываемой системы имитаторами, устанавливаемыми неподвижно относительно Земли, измерения параметров углового движения имитатора космического аппарата и передачи информации с имитатора на расположенное неподвижно на Земле управляющее устройство отрабатываемой системы, управление угловым движением имитатора отрабатываемой системой управления по командам управления на исполнительные органы, установленные на имитаторе космического аппарата, с наземного управляющего устройства. A known method of testing, testing and researching the characteristics of spacecraft motion control systems in ground conditions by means of physical modeling with small disturbing angular momentum of the spacecraft by the spacecraft simulator, combining the center of mass of the spacecraft simulator with its rotation center by appropriate installation of the equipment of the worked out control system and balancing cargo on a simulator, creating energy flows for external inf sensors formations of the system being worked out by simulators installed motionless relative to the Earth, measuring the parameters of the angular motion of the spacecraft simulator and transmitting information from the simulator to the control system of the system being worked out motionless on the Earth, controlling the angular movement of the simulator by the control system by control commands to the executive bodies installed on the spacecraft simulator apparatus, with a ground control device.

Этот способ реализуется устройством для отработки, испытаний и исследования характеристик систем управления угловым движением космических аппаратов в наземных условиях, содержащим динамический стенд, моделирующий угловое движение космического аппарата и выполненный в виде приборной платформы, установленной на сферическом воздушном подшипнике, системы измерения параметров углового движения приборной платформы, системы связи, например телеметрической для передачи информации с аппаратуры отрабатываемой системы и технологической аппаратуры, расположенных на приборной платформе, приема команд управления с расположенного неподвижно на Земле управляющего устройства отрабатываемой системы, установленных на территории стенда неподвижно относительно Земли имитаторов энергетических потоков для датчиков внешней информации отрабатываемой системы управления, установленных на приборной платформе [1]. This method is implemented by a device for testing, testing and studying the characteristics of control systems for the angular motion of spacecraft in ground conditions, containing a dynamic stand simulating the angular motion of the spacecraft and made in the form of an instrument platform mounted on a spherical air bearing, a system for measuring the parameters of the angular motion of the instrument platform communication systems, for example, telemetry for transmitting information from the equipment of the system being worked out and technological paratus disposed on the instrument platform, receive control commands from the fixedly located on Earth control device fulfills system installed on the territory of the stand still relative to the earth simulators energy flows to the external information management system fulfills the sensors installed on the instrument platform [1].

Недостатком такого способа является невозможность отработки систем управления угловым движением космических аппаратов во всех режимах их работы. Такой способ позволяет проводить отработку только систем стабилизации и систем определения ориентации только в системах координат, связанных с Землей. The disadvantage of this method is the impossibility of developing systems for controlling the angular motion of spacecraft in all modes of their operation. This method allows testing only stabilization systems and orientation determination systems only in coordinate systems associated with the Earth.

Известен также способ отработки систем управления угловым движением космических аппаратов в наземных условиях, включающий физическое моделирование с малыми возмущающими моментами углового движения космического аппарата относительно его центра масс имитатором космического аппарата, совмещение центра масс имитатора с центром его вращения, например, путем перемещения балансировочных грузов по направляющим штангам, создание энергетических потоков для датчиков внешней информации отрабатываемой системы имитаторами, устанавливаемыми неподвижно относительно Земли, управление угловым движением имитатора космического аппарата отрабатываемой системой управления, визуальный контроль и оценку характеристик отрабатываемой системы на наземном устройстве по телеметрической информации из системы измерения имитатора космического аппарата. There is also a known method for developing control systems for the angular motion of spacecraft in ground conditions, including physical modeling with small disturbing moments of the angular motion of the spacecraft relative to its center of mass by the spacecraft simulator, combining the center of mass of the simulator with its center of rotation, for example, by moving balancing weights along the guides booms, the creation of energy flows for sensors of external information of the processed system by simulators installed motionless relative to the Earth, control of the angular motion of the spacecraft simulator by the worked out control system, visual control and evaluation of the characteristics of the worked out system on the ground device using telemetry information from the measurement system of the spacecraft simulator.

Этот способ реализуется устройством для отработки, испытаний и исследования характеристик систем управления угловым движением космических аппаратов, содержащим динамический стенд, моделирующий угловое движение космического аппарата и выполненный в виде приборной платформы с пневмосистемой и газовыми реактивными двигателями, установленной на сферическом газовом подшипнике, устройство совмещения центра масс приборной платформы с центром ее вращения, выполненного, например, в виде шагового двигателя, перемещающего балансировочные грузы по направляющим штангам, системы отсчета углового положения приборной платформы и системы связи, выполненной, например, в виде радиомодема приборной платформы и радиомодема наземного устройства приема телеметрической информации и визуального контроля, выполненного, например, в виде персонального компьютера, имитаторы энергетических потоков, установленные на Земле на территории стенда [2] (прототип). This method is implemented by a device for testing, testing and researching the characteristics of spacecraft angular motion control systems, comprising a dynamic stand simulating the angular motion of a spacecraft and made in the form of an instrument platform with a pneumatic system and gas jet engines mounted on a spherical gas bearing, a center of mass combining device instrument platform with its rotation center, made, for example, in the form of a stepper motor moving balancing g loads along the guide rods, a reference system for the angular position of the instrument platform and a communication system made, for example, in the form of a radio modem of the instrument platform and a radio modem of a ground-based device for receiving telemetric information and visual control, made, for example, in the form of a personal computer, energy flow simulators installed on Earth in the booth [2] (prototype).

Недостатками этого способа, реализованного известным устройством, являются:
- невозможность отработки систем управления космических аппаратов во всех режимах их работы, в том числе при создании начального углового положения и начальной угловой скорости перед включением отрабатываемой системы, коррекции гироскопических устройств от датчиков внешней информации в системах управления, построенных на основе слежения за энергетическими потоками Земли в процессе орбитального движения, т.к. имитатор Земли устанавливается неподвижно на Земле;
- резкое увеличение возмущающего момента, действующего на приборную платформу при ее разворотах относительно статора воздушного подшипника, вызванного как погрешностями изготовления элементов стенда, так и температурными деформациями ротора воздушного подшипника при его разворотах относительно статора в плоскости горизонта, и,. как следствие, ухудшение точности испытаний;
- выход из строя дорогостоящего оборудования динамического стенда и аппаратуры отрабатываемой системы, вследствие ударов приборной платформы по статору воздушного подшипника при отказах аппаратуры или нештатной работе отрабатываемой системы управления.
The disadvantages of this method implemented by the known device are:
- the impossibility of developing control systems for spacecraft in all modes of their operation, including when creating the initial angular position and initial angular velocity before turning on the worked out system, correcting gyroscopic devices from external information sensors in control systems built on the basis of tracking the Earth’s energy flows in the process of orbital motion, because Earth simulator is fixed motionless on Earth;
- a sharp increase in the disturbing moment acting on the instrument platform during its turns relative to the stator of the air bearing, caused both by manufacturing errors of the stand elements and temperature deformations of the rotor of the air bearing when it turns around the stator in the horizontal plane, and, as a result, deterioration in test accuracy;
- failure of expensive equipment of the dynamic stand and equipment of the developed system due to impacts of the instrument platform on the stator of the air bearing during equipment failures or abnormal operation of the developed control system.

Задачей настоящего изобретения является расширение возможностей предложенного технического решения и точности испытаний за счет уменьшения возмущающего момента, сохранения оборудования при отказах и нештатной работе отрабатываемой системы управления. The objective of the present invention is to expand the capabilities of the proposed technical solution and the accuracy of the tests by reducing the disturbing moment, preserving the equipment in case of failures and abnormal operation of the worked out control system.

Поставленная задача решается тем, что в способе отработки систем управления угловым движением космических аппаратов, включающем физическое моделирование с малыми возмущающими моментами углового движения космического аппарата относительно его центра масс имитатором космического аппарата, совмещение центра масс имитатора с центром его вращения путем перемещения балансировочных грузов по направляющим штангам, создание энергетических потоков для датчиков внешней информации отрабатываемой системы имитаторами, управление угловым движением имитатора космического аппарата отрабатываемой системой управления, оценку характеристик отрабатываемой системы на наземном устройстве по телеметрической информации из системы измерения имитатора космического аппарата, обеспечивают вращение имитатора энергетических потоков Земли и основания имитатора космического аппарата в плоскости горизонта с орбитальной угловой скоростью, управление угловым движением имитатора космического аппарата до включения отрабатываемой системы управления, технологической системой управления имитатора, создают начальные параметры углового движения имитатора космического аппарата, выключают управление угловым движением имитатора технологической системой управления после задания начальных условий и включают управление угловым движением имитатора отрабатываемой системой, рассчитывают угол отклонения имитатора космического аппарата от вертикали при включении экстренного торможения углового движения имитатора в процессе работы отрабатываемой системой управления и при превышении расчетного угла отклонения от вертикали допустимой величины угла прокачки отключают управление угловым движением имитатора отрабатываемой системы, включают экстренное торможение углового движения имитатора технологической системой управления и возвращают имитатор космического аппарата в нулевое положение. The problem is solved in that in a method for developing control systems for the angular motion of spacecraft, including physical modeling with small disturbing moments of the angular motion of the spacecraft relative to its center of mass by the spacecraft simulator, combining the center of mass of the simulator with its center of rotation by moving balancing weights along the guide rods , creation of energy flows for sensors of external information of the system being worked out by simulators, control of angular motion by simulating the spacecraft simulator by the control system that is being worked out, evaluating the characteristics of the system being worked out on the ground device using telemetry information from the spacecraft simulator measurement system, the simulator of the Earth’s energy flows and the base of the spacecraft simulator rotate in the horizon plane with orbital angular velocity, control the angular motion of the spacecraft simulator before switching on the worked-out control system, technological control system I am a simulator, create the initial parameters of the angular motion of the simulator of the spacecraft, turn off the control of the angular motion of the simulator by the technological control system after setting the initial conditions and turn on the control of the angular motion of the simulator by the worked out system, calculate the angle of deviation of the simulator of the spacecraft from the vertical when emergency braking of the angular motion of the simulator workings out by the worked-out control system and when exceeding the calculated angle of deviation from the vertical and the allowable value of the angle of pumping disable control fulfills angular motion simulator system include emergency braking angular motion simulator process control system, and return the spacecraft simulator to zero.

Этот способ реализуется устройством, представляющим собой динамический стенд, моделирующий угловое движение космического аппарата и выполненный в виде приборной платформы с пневмосистемой и газовыми реактивными двигателями, установленной на сферическом газовом подшипнике, устройство совмещения центра масс приборной платформы с центром ее вращения, выполненное в виде шагового двигателя, перемещающего балансировочные грузы по направляющим штангам, систему отсчета углового положения приборной платформы, систему связи и устройство приема телеметрической информации и визуального контроля, выполненных в виде наземного персонального компьютера, радиомодема приборной платформы и радиомодема наземного персонального компьютера, имитаторы энергетических потоков Солнца, Звезды и Земли, в котором статор сферического воздушного подшипника и имитатор энергетических потоков Земли установлены на общей поворотной платформе, подвижной относительно вертикальной оси и снабженной приводом вращения, выполненным в виде электродвигателя с редуктором, введен блок управления, выходом связанный с входом электродвигателя привода вращения, первым входом подключенный к выходу командного устройства, вторым входом - к выходу датчика угла и третьим входом - к выходу датчика угловой скорости, установленный на приборной платформе датчик угловой скорости, выходом связанный с первым входом управляющего вычислительного устройства, на второй вход которого подключен выход системы отсчета углового положения приборной платформы, первый выход управляющего вычислительного устройства подключен к входу шагового двигателя, второй и третий выходы присоединены к блоку переключения, а четвертый связан с управляющим устройством отрабатываемой системы управления, выход которой связан с блоком переключения, выходом подключенного ко входам газовых реактивных двигателей, а пятый выход соединен с входом радиомодема приборной платформы. This method is implemented by a device that is a dynamic stand simulating the angular motion of a spacecraft and made in the form of an instrument platform with a pneumatic system and gas jet engines mounted on a spherical gas bearing, a device for combining the center of mass of the instrument platform with its center of rotation, made in the form of a stepper motor moving balancing weights along the guide rods, the reference system of the angular position of the instrument platform, the communication system and the device telemetry information and visual control in the form of a ground personal computer, an instrument platform radio modem and a ground personal computer radio modem, energy simulators of the Sun, Star and Earth, in which a stator of a spherical air bearing and an Earth energy simulator are mounted on a common rotary platform, movable relative to the vertical axis and equipped with a rotation drive made in the form of an electric motor with a gearbox, a control unit is introduced the odom connected to the input of the rotation drive electric motor, the first input connected to the output of the command device, the second input to the output of the angle sensor and the third input to the output of the angular velocity sensor, the angular velocity sensor installed on the instrument platform, the output connected to the first input of the control computing device, the second input of which is connected to the output of the reference system of the angular position of the instrument platform, the first output of the control computing device is connected to the input of the stepper motor, sec the second and third outputs are connected to the switching unit, and the fourth is connected to the control device of the worked out control system, the output of which is connected to the switching unit, the output connected to the inputs of gas jet engines, and the fifth output is connected to the input of the radio modem of the instrument platform.

На фиг.1 приведен общий вид с функциональной схемой устройства для осуществления способа, на фиг.2 - кинематическая схема испытательного динамического стенда, на фиг.3 - функциональная блок-схема устройства. Figure 1 shows a General view with a functional diagram of a device for implementing the method, figure 2 is a kinematic diagram of a dynamic test bench, figure 3 is a functional block diagram of a device.

Устройство включает динамический стенд (фиг.1), выполненный в виде приборной платформы (1) с пневмосистемой (2) и газовыми реактивными двигателями (3), установленной на сферическом газовом подшипнике (4) (фиг.2), устройство совмещения центра масс приборной платформы (1) с центром ее вращения, выполненное в виде шагового двигателя (5), перемещающего балансировочные грузы (6) по направляющим штангам, систему отсчета углового положения (7) приборной платформы (1), систему связи и устройство приема телеметрической информации и визуального контроля, выполненных в виде наземного персонального компьютера (8), радиомодема (9) приборной платформы (1) и радиомодема (10) наземного персонального компьютера (9), имитаторы энергетических потоков Солнца (11), Звезды (12) и Земли (13), подвижную относительно вертикальной оси платформу (14), снабженную приводом вращения, выполненным в виде электродвигателя (15) с редуктором (16), блок управления (17), выходом связанный с входом электродвигателя привода вращения (15), первым входом подключенный к выходу командного устройства (18), вторым входом к выходу датчика угла (19) и третьим входом к выходу датчика угловой скорости (20), установленный на приборной платформе (1) датчик угловой скорости (21), выходом связанный с первым входом управляющего вычислительного устройства (22), на второй вход которого подключен выход системы отсчета углового положения (7) приборной платформы (1), первый выход управляющего вычислительного устройства (22) подключен к входу шагового двигателя (5), второй и третий присоединены к блоку переключения (23), а четвертый связан с управляющим устройством отрабатываемой системы управления (24), выход которой связан с блоком переключения (23), выходом подключенного ко входам газовых реактивных двигателей (3), а пятый - с входом радиомодема (9) приборной платформы (1) (ПрП). Управление угловым движением ПрП (1) осуществляется с помощью технологической системы управления (ТСУ) (25), которая включает в себя газовые реактивные двигатели (ГРД) (3), радиомодем (9), систему отсчета углового положения (7), устройство совмещения центра масс ПрП (1) с центром се вращения, состоящего из шагового двигателя (5), перемещающего балансировочные грузы (6), датчика угловой скорости (ДУС) (21), управляющего вычислительного устройства (УВУ) (22), блока переключения (23). The device includes a dynamic stand (figure 1), made in the form of an instrument platform (1) with a pneumatic system (2) and gas jet engines (3) mounted on a spherical gas bearing (4) (figure 2), a device for combining the center of mass of the instrument platform (1) with its center of rotation, made in the form of a stepper motor (5), moving balancing weights (6) along the guide rods, a reference system of the angular position (7) of the instrument platform (1), a communication system and a device for receiving telemetric information and visual control In the form of a ground-based personal computer (8), a radio modem (9) of the instrument platform (1) and a radio modem (10) of a ground-based personal computer (9), simulators of the energy fluxes of the Sun (11), Stars (12) and the Earth (13), mobile relative to the vertical axis, the platform (14), equipped with a rotation drive made in the form of an electric motor (15) with a gearbox (16), a control unit (17), an output connected to the input of the rotation drive electric motor (15), connected to the output of the command device by the first input ( 18), the second input to the output of the angle sensor (19) and tr the angular velocity sensor (21) installed on the instrument platform (1) has an input to the output of the angular velocity sensor (21), the output is connected to the first input of the control computing device (22), the second input of which is connected to the output of the angular position reference system (7) instrument platform (1), the first output of the control computing device (22) is connected to the input of the stepper motor (5), the second and third are connected to the switching unit (23), and the fourth is connected to the control device of the developed control system (24), the output to the second is connected to the switching unit (23), the output of the jet engines connected to the inputs of the gas engine (3), and the fifth - to the input of the radio modem (9) of the instrument platform (1) (PrP). Angular motion control PrP (1) is carried out using a technological control system (TSU) (25), which includes gas jet engines (3), a radio modem (9), an angular position reference system (7), a center alignment device mass PrP (1) with a center of rotation, consisting of a stepper motor (5) moving balancing weights (6), an angular velocity sensor (DLS) (21), a control computing device (UVU) (22), a switching unit (23) .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии газовые реактивные двигатели (ГРД) (3) с помощью блока переключения (БП) (23) подключены к выходу управляющего вычислительного устройства (УВУ) (22) технологической системы управления (ТСУ) (25) угловым движением приборной платформы (ПрП) (1). По командам оператора с наземного персонального компьютера (НПК) (8) через радиомодем (10) НПК (8) и радиомодем (9) ПрП (1) в УВУ (22) передается программа работы ТСУ. В рабочей программе задаются режимы работы ТСУ, моменты времени, в которые эти режимы должны включаться, и исходные данные для работы программного обеспечения ТСУ. В соответствии с программой работы УВУ (22) отрабатывает заданные режимы. In the initial state, gas jet engines (GRD) (3) are connected to the output of the control computing device (UVU) (22) by the switching control unit (PSU) (23) of the technological control system (TSU) (25) by the angular movement of the instrument platform (PrP) (1). According to the operator’s commands, from the ground-based personal computer (NPK) (8), through the radio modem (10) NPK (8) and the radio modem (9) PrP (1), the operation program of the TSU is transmitted to the UVU (22). In the work program, the operating modes of the TCU, the time points at which these modes should be included, and the initial data for the operation of the software of the TCU are set. In accordance with the work program UVU (22) fulfills the set modes.

Устройство имеет три режима работы:
1) режим настройки и регулировки;
2) режим обеспечения условий для работы отрабатываемой системы управления;
3) режим контроля отработки и управления в нештатных ситуациях.
The device has three operating modes:
1) setting and adjustment mode;
2) the mode of providing conditions for the work of the worked out control system;
3) the mode of monitoring the development and management in emergency situations.

В режиме настройки и регулировки устройство обеспечивает оценку проекций возмущающего момента, действующего на ПрП (1), и автоматическую балансировку, т. е. перемещение балансировочных грузов (6), компенсирующее возмущающий момент. In the setup and adjustment mode, the device provides an estimate of the projections of the disturbing moment acting on the PrP (1), and automatic balancing, i.e., the movement of balancing weights (6), compensating for the disturbing moment.

Оценка проекций возмущающего момента и автоматическая балансировка ПрП (1) осуществляются следующим образом. The projection of the perturbing moment and the automatic balancing of PrP (1) are estimated as follows.

УВУ (22) по информации с датчиков угловой скорости (ДУС) (21) и системы измерения (7) формирует и выдает через блок переключения (23) на ГРД (3) управляющие сигналы, обеспечивая управление угловым движением ПрП (1). После приведения ПрП (1) в нулевое положение УВУ (22) управление угловым движением ПрП (1) прекращает. ПрП (1) совершает неуправляемое движение под воздействием только возмущающего момента разбаланса. Угловое положение ПрП (1) в процессе неуправляемого движения измеряется системой измерения (7) и поступает в УВУ (22). УВУ (22) определяет вектор разбаланса, его положение в системе координат, связанной с ПрП (1). Далее УВУ (22) рассчитывает длительности включения и направление вращения шаговых двигателей (5), включает и выключает шаговые двигатели (5), обеспечивая тем самым перемещение балансировочных грузов (6) на расстояние, обеспечивающее компенсацию вектора разбаланса, действующего на ПрП (1). According to information from the angular velocity sensors (DLS) (21) and the measurement system (7), the UVU (22) generates and issues control signals through the switching unit (23) to the engine (3), providing control of the angular motion of the transducer (1). After bringing PrP (1) to the zero position of the UVU (22), the angular motion control of PrP (1) ceases. PrP (1) makes an uncontrolled movement under the influence of only the disturbing moment of imbalance. The angular position of the PrP (1) in the process of uncontrolled movement is measured by the measuring system (7) and enters the UVU (22). UVU (22) determines the unbalance vector, its position in the coordinate system associated with PrP (1). Further, the UVU (22) calculates the turn-on times and the direction of rotation of the stepper motors (5), turns on and off the stepper motors (5), thereby ensuring that the balancing weights (6) are displaced over a distance that compensates for the unbalance vector acting on PrP (1).

В режиме обеспечения условий для работы отрабатываемой системы управления устройство работает следующим образом. In the mode of providing conditions for the work out of the developed control system, the device operates as follows.

Оператор с НПК (8) через радиомодем (10) НПК и радиомодем (9) ПрП (1) передает в УВУ (22) рабочую программу, в которой задает момент времени включения режима и значения угловой скорости и углового положения ПрП (1) на момент включения отрабатываемой системы управления (24). The operator with the NPC (8) through the radio modem (10) NPC and the radio modem (9) PrP (1) transmits to the UVU (22) a work program in which it sets the time of switching on the mode and the values of the angular velocity and angular position of PrP (1) at the moment inclusion of the worked out control system (24).

В заданный в рабочей программе момент времени УВУ (22) по измерениям с датчика угловой скорости (21) и системы измерения (7) формируем и выдает через блок переключения (23) управляющие сигналы на ГРД (3), обеспечивая тем самым разворот ПрП (1) в заданное в рабочей программе угловое положение и заданную угловую скорость ее вращения. После разворота ПрП (1) в заданное угловое положении и достижение заданной угловой скорости ее движения УВУ (22) выдает в блок переключения (23) команду, по которой в блоке переключения (23) входы ГРД (3) переключаются с выхода УВУ (22) на выход отрабатываемой системы управления (24), которая и обеспечивает в дальнейшем определение своими аппаратными средствами по имитаторам Звезды (12), Солнца (11) и Земли (13) углового положения ПрП (1) и управление ее угловым движением. Это обеспечивает создание условий углового движения ПрП (1), соответствующих тем, которые приобретает космический аппарат после его отделения от последней ступени ракеты-носителя, и тем самым позволяет увеличить количество отрабатываемых режимов работы систем управления угловым движением космических аппаратов в наземных условиях, в частности режима приведения космического аппарата в ориентированное положение. At the time point specified in the work program of the UVU (22) according to the measurements from the angular velocity sensor (21) and the measurement system (7), we form and issue control signals to the main engine (3) through the switching unit (23), thereby ensuring the reversal of the pressure transformer (1) ) to the angular position specified in the work program and the given angular velocity of its rotation. After turning PrP (1) into a predetermined angular position and reaching a predetermined angular velocity of its movement, the UVU (22) issues a command to the switching block (23), according to which in the switching block (23), the inputs of the main engine (3) are switched from the output of the UVU (22) to the output of the worked out control system (24), which further ensures the determination of the angular position of PrP (1) by its hardware from the simulators of the Star (12), the Sun (11) and the Earth (13) and the control of its angular movement. This ensures the creation of conditions for the angular motion of the spacecraft (1), corresponding to those acquired by the spacecraft after it is separated from the last stage of the launch vehicle, and thereby allows to increase the number of working modes of operation of the systems for controlling the angular motion of spacecraft in ground conditions, in particular, bringing the spacecraft into an oriented position.

С момента начала управления угловым движением ПрП (1) отрабатываемой системой управления (24) в случае, если отрабатывается система управления, обеспечивающая ориентацию космического аппарата в орбитальной системе координат, по команде оператора с командного устройства (18) блок управления (17) по информации с датчика угловой скорости (20) и датчика угла (19) начинает формировать и выдавать на привод (15) поворотной платформы (14) управляющие сигналы. Привод (15) через редуктор (16) обеспечивает вращение поворотной платформы (14) с расположенным на ней имитатором Земли (13) с заданной оператором через командное устройство (18) орбитальной угловой скоростью. From the moment angular motion control PrP (1) begins, the control system (24) is worked out if a control system is being worked out that ensures the spacecraft is oriented in the orbital coordinate system, the control unit (17), according to information from the angular velocity sensor (20) and the angle sensor (19) begins to form and issue control signals to the drive (15) of the turntable (14). The drive (15) through the gearbox (16) provides rotation of the turntable (14) with the Earth simulator (13) located on it with the orbital angular velocity set by the operator through the command device (18).

Введение вращения имитатора Земли с произвольной задаваемой угловой скоростью позволяет проводить отработку не только систем управления, обеспечивающих ориентацию космических аппаратов в инерциальной системе координат, но и режимы коррекции гироскопических систем управления, обеспечивающих ориентацию космических аппаратов в орбитальной системе координат, а также отрабатывать негироскопические системы управления, определяющие ориентацию космических аппаратов относительно орбитальной системы по инфракрасному полю Земли. The introduction of rotation of the Earth simulator with an arbitrary angular velocity allows us to refine not only control systems that ensure the orientation of spacecraft in an inertial coordinate system, but also correction modes of gyroscopic control systems that provide orientation of spacecraft in an orbital coordinate system, and also work out non-gyroscopic control systems, determining the orientation of spacecraft relative to the orbital system in the infrared field of the Earth.

Введение вращения статора шарового газового подшипника с орбитальной угловой скоростью обеспечивает сохранение балансировки ПрП (1) при неограниченном угле разворота ПрП (1) относительно Земли в процессе отработки орбитального движения, а следовательно, и повышает качество отработки систем управления. The introduction of the rotation of the stator of a ball gas bearing with an orbital angular velocity ensures the balancing of PrP (1) with an unlimited angle of rotation of PrP (1) relative to the Earth during the development of orbital motion, and therefore improves the quality of development of control systems.

В режиме контроля отработки и управления в нештатных ситуациях устройство работает следующим образом. In the control mode of mining and control in emergency situations, the device operates as follows.

После задания начальных параметров углового движения ПрП (1), отключения управления угловым движением ПрП (1) по командам УВУ (22) и включения управления по командам отрабатываемой системы управления (24) УВУ (22) обеспечивает съем с заданной дискретностью информации с датчика угловой скорости (21) и системы измерения (7) об угловом положении и угловой скорости ПрП (1), запоминание ее и передачу по радиомодему (9) ПрП (1) и радиомодему (10) НПК в НПК (8) для регистрации и последующей обработки. Кроме того, УВУ (22) на каждом такте своей работы обеспечивает расчет углового положения ПрП (1), которое бы она заняла, если бы было включено экстренное торможение ее углового движения. After setting the initial parameters of the angular motion PrP (1), disabling the angular motion control PrP (1) by the commands of the control gear (22) and turning on the control by the commands of the worked out control system (24), the control gear (22) provides information with a given resolution from the angular velocity sensor (21) and measurement systems (7) on the angular position and angular velocity of the receiver (1), storing it and transmitting it via the radio modem (9) to the receiver (1) and the radio modem (10) of the receiver in the receiver (8) for registration and subsequent processing. In addition, the UVU (22) at each step of its operation provides a calculation of the angular position of PrP (1), which it would have occupied if emergency braking of its angular movement had been included.

В процессе торможения угловое положение ПрП (1) изменяется в соответствии с выражениями:

Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

где γTTT - угловое положение ПрП (1) по каналам крена, рыскания и тангажа;
γизмизмизм - измеренные на текущем такте работы значения углового положения ПрП (1) по каналам крена, рыскания и тангажа,
ω x изм y изм z изм - измеренные на текущем такте работы значения угловой скорости ПрП (1) относительно связанных осей ОХ, OY, OZ,
εxyz - ускорения ПрП (1), создаваемые газовыми реактивными двигателями (3) по каналам крена, рыскания и тангажа,
Figure 00000005
- время торможения ПрП (1) по каналам крена, рыскания и тангажа;
Figure 00000006

Figure 00000007

Figure 00000008

По расчетным значениям углов γT и ψT УВУ (22) рассчитывает величину угла отклонения (угла прокачки ПрП (1)) вертикальной оси ПрП (1) φ относительно вертикальной оси статора устройства в соответствии с выражением:
φ = arccos(cosγTcosψT).
После расчета величины угла прокачки ПрП (1) (φ) УВУ (22) сравнивает φ с величиной допустимого угла прокачки ПрП (1). При нахождении φ в рабочей зоне углов прокачки УВУ (22) осуществляет только регистрацию и передачу информации о текущем положении ПрП (1) в НПК (8).During braking, the angular position of PrP (1) changes in accordance with the expressions:
Figure 00000002

Figure 00000003

Figure 00000004

where γ T , ψ T , ϑ T is the angular position of PrP (1) along the roll, yaw, and pitch channels;
γ ISM , ψ ISM , ϑ ISM - the values of the angular position PrP (1) measured at the current cycle of operation along the roll, yaw, and pitch channels,
ω x ism , ω y ism , ω z ism - the values of the angular velocity PrP (1) measured at the current cycle of operation relative to the associated axes OX, OY, OZ,
ε x , ε y , ε z are accelerations of PrP (1) created by gas jet engines (3) along the channels of roll, yaw and pitch,
Figure 00000005
- braking time PrP (1) through the channels of roll, yaw and pitch;
Figure 00000006

Figure 00000007

Figure 00000008

Using the calculated values of the angles γ T and ψ T, the UVU (22) calculates the deviation angle (pumping angle PrP (1)) of the vertical axis PrP (1) φ relative to the vertical axis of the stator of the device in accordance with the expression:
φ = arccos (cosγ T cosψ T ).
After calculating the value of the pumping angle PrP (1) (φ), the UVU (22) compares φ with the value of the permissible pumping angle PrP (1). When φ is located in the working zone of the pumping angle of the UVU (22), it only registers and transfers information about the current position of PrP (1) to the NPC (8).

Если же величина угла φ превысит допустимую величину угла прокачки, что возможно только при отказах аппаратуры отрабатываемой системы - ее нештатной работе или ошибке оператора при задании рабочей программы, передаваемой из НПК (8) в УВУ (22), УВУ (22) выдает команду управления в блок переключения (23), обеспечивает отключение управления угловым движением ПрП (1) отрабатываемой системой управления (24) и включение управления технологической системой управления (ТСУ) (25), т.е. переключает входы ГРД (3) с выхода отрабатываемой системы (24) па выход УВУ (22). После переключения управления угловым движением ПрП (1) УВУ (22) включает торможение и возвращает ПрП (1) в исходное положение по информации с датчика угловой скорости (17) и системы измерения (7) технологической системы управления (ТСУ) (25). If the value of the angle φ exceeds the permissible value of the pumping angle, which is possible only in case of failures of the equipment of the system being worked out - its abnormal work or an operator error when setting the work program transmitted from the NPC (8) to the UVU (22), the UVU (22) issues a control command into the switching unit (23), it turns off the control of the angular movement of the PrP (1) by the worked out control system (24) and turns on the control of the technological control system (TSU) (25), i.e. switches the inputs of the hydraulic control valve (3) from the output of the system being worked out (24) to the output of the UVU (22). After switching the control of the angular movement, PrP (1) of the UVU (22) turns on braking and returns the PrP (1) to its initial position according to information from the angular velocity sensor (17) and the measurement system (7) of the technological control system (TSU) (25).

Таким образом, предложенное изобретение позволяет:
- отработать системы управления угловым движением космических аппаратов во всех режимах их работы за счет введения управления угловым движением имитатора космического аппарата технологической системой управления и введения вращения имитатора Земли с орбитальной угловой скоростью;
- повысить точность отработки за счет введения вращения (статора) шарового газового подшипника;
- повысить надежность работы за счет непрерывного определения возможности удержания исполнительными органами имитатора космического аппарата в допустимом диапазоне его углов прокачки и введения управления его угловым движением технологической системой управления при отклонениях имитатора космического аппарата, превышающих допустимый диапазон.
Thus, the proposed invention allows:
- to develop control systems for the angular motion of spacecraft in all modes of their work by introducing control of the angular motion of the spacecraft simulator by the technological control system and introducing the rotation of the Earth simulator with orbital angular velocity;
- to improve the accuracy of mining due to the introduction of rotation (stator) of a ball gas bearing;
- to improve the reliability of the work by continuously determining the ability of executive bodies to keep the spacecraft simulator in the acceptable range of its pumping angles and introduce control of its angular movement by the technological control system when the spacecraft simulator deviations exceed the allowable range.

Источники информации
1. 11C10. Моделирующие комплексы для имитации угловых движений космических аппаратов и искусственных спутников Земли, "Военная авиация и ракетная техника", Выпуск 11, М., 1972 г., стр.37-48.
Sources of information
1.1C10. Modeling complexes for simulating the angular movements of spacecraft and artificial Earth satellites, "Military Aviation and Missile Technology", Issue 11, Moscow, 1972, pp. 37-48.

2. Стенд на газовом сферическом подшипнике для испытания систем управления угловым положением ИСЗ. Ризос И., Арбес Дж., Рауль Дж. - Сб. "Управление в пространстве", том 2. М.: Наука, 1973 г., стр.274-278. 2. Stand on a gas spherical bearing for testing satellite control systems for the angular position of the satellite. Rizos I., Arbes J., Raul J. - Sat. "Management in space", Volume 2. M .: Nauka, 1973, pp. 274-278.

Claims (2)

1. Способ отработки систем управления угловым движением космических аппаратов, включающий физическое моделирование углового движения космического аппарата относительно его центра масс имитатором космического аппарата, совмещение центра масс имитатора с центром его вращения, создание энергетических потоков для датчиков внешней информации отрабатываемой системы имитаторами, управление угловым движением имитатора космического аппарата отрабатываемой системой управления, оценку характеристик отрабатываемой системы на наземном устройстве по телеметрической информации из системы измерения имитатора космического аппарата, отличающийся тем, что обеспечивают вращение имитатора энергетических потоков Земли и основания имитатора космического аппарата в плоскости горизонта с орбитальной угловой скоростью, управление угловым движением имитатора космического аппарата до включения отрабатываемой системы управления технологической системой управления имитатора, создают начальные параметры углового движения имитатора космического аппарата, выключают управление угловым движением имитатора технологической системой управления после задания начальных условий и включают управление угловым движением имитатора отрабатываемой системой, рассчитывают угол отклонения имитатора космического аппарата от вертикали при условии включения экстренного торможения углового движения имитатора в процессе работы отрабатываемой системы управления и при превышении расчетным углом отклонения имитатора от вертикали допустимой величины отключают управление угловым движением имитатора отрабатываемой системой, включают экстренное торможение углового движения имитатора технологической системой управления, возвращая имитатор космического аппарата в нулевое положение. 1. A method for developing systems for controlling the angular motion of spacecraft, including physical modeling of the angular motion of the spacecraft relative to its center of mass by the simulator of the spacecraft, combining the center of mass of the simulator with its center of rotation, creating energy flows for external sensors of the processed system by the simulators, and controlling the angular motion of the simulator the spacecraft by the worked out control system, assessment of the characteristics of the worked out system on the ground a property according to telemetric information from a measurement system of a simulator of a spacecraft, characterized in that they provide rotation of the simulator of the Earth’s energy flows and the base of the simulator of a spacecraft in the horizon plane with orbital angular velocity, control the angular movement of the simulator of the spacecraft until the worked out control system of the technological control system of the simulator is turned on, create the initial parameters of the angular motion of the spacecraft simulator, turn off the control of after the initial conditions are set and the angular motion of the simulator is worked out by the system, the angle of deviation of the spacecraft simulator from the vertical is calculated, provided that emergency braking of the angular motion of the simulator is turned on during operation of the worked-out control system and when the calculated angle exceeds the deviation of the simulator from the vertical permissible values turn off the control of the angular movement of the simulator by the worked out system, in turn on emergency braking of the angular motion of the simulator by the technological control system, returning the simulator of the spacecraft to the zero position. 2. Устройство для отработки систем управления угловым движением космических аппаратов, содержащее динамический стенд, моделирующий угловое движение космического аппарата и выполненный в виде приборной платформы с пневмосистемой и газовыми реактивными двигателями, установленной на сферическом газовом подшипнике, устройство совмещения центра масс приборной платформы с центром ее вращения, выполненное в виде шагового двигателя, перемещающего балансировочные грузы по направляющим штангам, систему отсчета углового положения приборной платформы, систему связи и устройство приема телеметрической информации и визуального контроля, выполненных в виде наземного персонального компьютера, радиомодема приборной платформы и радиомодема наземного персонального компьютера, имитаторы энергетических потоков Солнца, звезды и Земли, управляющее вычислительное устройство и управляющее устройство отрабатываемой системы, отличающееся тем, что в нем статор сферического газового подшипника и имитатор энергетических потоков Земли установлены на общей поворотной платформе, подвижной относительно вертикальной оси и снабженной датчиками угла и угловой скорости, приводом вращения, выполненным в виде электродвигателя с редуктором, причем введены блок переключения, командное устройство и блок управления приводом вращения, выходом связанный с входом указанного электродвигателя, первым входом подключенный к выходу командного устройства, вторым входом - к выходу указанного датчика угла и третьим входом - к выходу указанного датчика угловой скорости, а также установленный на приборной платформе датчик угловой скорости, выходом связанный с первым входом управляющего вычислительного устройства, на второй вход которого подключен выход системы отсчета углового положения приборной платформы, первый выход управляющею вычислительного устройства подключен к входу шагового двигателя, второй и третий выходы присоединены к блоку переключения, а четвертый связан с управляющим устройством отрабатываемой системы управления, выход которой связан с блоком переключения, выходом подключенным ко входам газовых реактивных двигателей, а пятый выход соединен с входом радиомодема приборной платформы. 2. A device for developing systems for controlling the angular motion of spacecraft, comprising a dynamic stand simulating the angular motion of the spacecraft and made in the form of an instrument platform with a pneumatic system and gas jet engines mounted on a spherical gas bearing, a device for combining the center of mass of the instrument platform with its rotation center made in the form of a stepper motor moving balancing weights along the guide rods, the reference system of the angular position of the instrument platforms, a communication system and a device for receiving telemetric information and visual control, made in the form of a terrestrial personal computer, a radio modem of the instrument platform and a radio modem of a terrestrial personal computer, simulators of the energy flows of the Sun, star and Earth, a control computing device and a control device of the system being worked out, characterized in that in it the stator of a spherical gas bearing and the simulator of the Earth’s energy flows are installed on a common rotary platform, relative to the vertical axis and equipped with angle and angular velocity sensors, a rotation drive made in the form of an electric motor with a reducer, moreover, a switching unit, a command device and a rotation drive control unit are introduced, the output connected to the input of the specified motor, the first input connected to the output of the command device, the second input - to the output of the indicated angle sensor and the third input - to the output of the specified angular velocity sensor, as well as the angular velocity sensor installed on the instrument platform output connected with the first input of the control computing device, the second input of which is connected to the output of the reference system of the angular position of the instrument platform, the first output of the controlling computing device is connected to the input of the stepper motor, the second and third outputs are connected to the switching unit, and the fourth is connected to the control device control system, the output of which is connected to the switching unit, the output connected to the inputs of gas jet engines, and the fifth output is connected to the input m radio instrument platform.
RU2001104733/28A 2001-02-19 2001-02-19 Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method RU2207309C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001104733/28A RU2207309C2 (en) 2001-02-19 2001-02-19 Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001104733/28A RU2207309C2 (en) 2001-02-19 2001-02-19 Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001104733A RU2001104733A (en) 2003-04-10
RU2207309C2 true RU2207309C2 (en) 2003-06-27

Family

ID=29209313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001104733/28A RU2207309C2 (en) 2001-02-19 2001-02-19 Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2207309C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111546303A (en) * 2020-03-31 2020-08-18 上海卫星工程研究所 Integrated tool meeting testing and parking requirements of high-precision navigation sensor
RU203086U1 (en) * 2020-02-18 2021-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Спутниковые инновационные космические системы" (ООО "СПУТНИКС") DEVICE FOR LOCATION OF SPACE VEHICLE UNITS FOR TESTING THEM

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РИЗОС И., АРБЕС Дж., РАУЛЬ Дж. Стенд на газовом сферическом подшипнике для испытаний систем управления угловым положением ИСЗ. Управление в пространстве. Т.2. - М.: Наука, 1973, с.274-278. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU203086U1 (en) * 2020-02-18 2021-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Спутниковые инновационные космические системы" (ООО "СПУТНИКС") DEVICE FOR LOCATION OF SPACE VEHICLE UNITS FOR TESTING THEM
CN111546303A (en) * 2020-03-31 2020-08-18 上海卫星工程研究所 Integrated tool meeting testing and parking requirements of high-precision navigation sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103308073B (en) Strap down inertial navigation/combinations of satellites navigation detection system and emulation test method thereof
CN104006787B (en) Spacecraft Attitude motion simulation platform high-precision attitude defining method
CN102620605B (en) Global positioning system (GPS) and inertial navigation system (INS) combination guidance system for semi-physical simulation
CN103901907B (en) Soft landing obstacle avoidance simulation test system
CN104296908B (en) Three freedom degree air floating platform disturbance torque composition measuring apparatus
CN101122780A (en) Half-physical emulation test system for controlling and guiding, navigating and controlling soft landing for moon
CN103344256A (en) Laboratory testing method for multi-field-of-view star sensor
Sabatini et al. Design and tests of a frictionless 2D platform for studying space navigation and control subsystems
CN104501835A (en) Ground test system and method targeting to space application isomerism IMU initial alignment
CN104298128A (en) Ground simulation method for spacecraft navigation guidance technology
Kato et al. Three-axis disturbance-free attitude control experiment platform: FACE
KR101690135B1 (en) System and method for performance test of inertial measurement unit of underwater body
RU2207309C2 (en) Method of optimization of spacecraft angular motion control system and device for realization of this method
Riedel et al. Optical navigation plan and strategy for the lunar lander Altair; OpNav for lunar and other crewed and robotic exploration applications
RU2271971C1 (en) Method of optimization of spacecraft angular motion control systems and device for realization of this method
CN112257172B (en) Satellite antenna pointing angle correctness verification method based on discrete point calculation
Carson et al. COBALT: Development of a Platform to Flight Test Lander GN&C Technologies on Suborbital Rockets
RU35448U1 (en) Interactive test bench for on-board automatic stabilization system for a small-sized unmanned aerial vehicle of a helicopter type
Cordova-Alarcon et al. Attitude Determination and Control System for the 6U CubeSat KITSUNE
RU2195632C2 (en) Complex coordinate reckoning equipment
RU2774479C1 (en) Method for identifying and validating a mathematical model of flight dynamics and a control system for vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicles (vt uav) using a robotic stand for semi-natural simulation
RU2771692C1 (en) Method for semi-natural robotic research and testing of control systems for vertical takeoff and landing unmanned aerial vehicles (vtl uav)
Greenbaum et al. A combined relative navigation and single antenna attitude determination sensor on the FASTRAC student-built nanosatellite mission
RU2498193C2 (en) Method of inertial auto-tracking of specified object of viewing and system for its implementation
CN112857400B (en) Carrier rocket initial alignment method based on ten-table redundant strapdown inertial measurement unit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060220