RU2209157C1 - System of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass - Google Patents
System of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209157C1 RU2209157C1 RU2001133791A RU2001133791A RU2209157C1 RU 2209157 C1 RU2209157 C1 RU 2209157C1 RU 2001133791 A RU2001133791 A RU 2001133791A RU 2001133791 A RU2001133791 A RU 2001133791A RU 2209157 C1 RU2209157 C1 RU 2209157C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- time
- integrator
- divider
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к космической технике, а именно к области техники, связанной с терминальным правлением разгонных блоков с нерегулируемой тягой маршевого двигателя. The invention relates to space technology, and in particular to the field of technology associated with the terminal board of accelerating blocks with unregulated thrust of the main engine.
Одной из основных операций терминального управления разгонных блоков с нерегулируемой тягой маршевых двигателей является прогноз момента времени отсечки маршевого двигателя, определяемого из условия достижения заданного функционала при отработке текущей программы ориентации тяги двигателя. На этот момент определяют параметры движения разгонного блока и отклонения от заданной орбиты, по которым выполняется коррекция программ ориентации тяги маршевого двигателя. One of the main operations of terminal control of accelerating blocks with uncontrolled thrust of main engines is the prediction of the instant of cutoff of the main engine, which is determined from the conditions for achieving the specified functionality when working out the current program for orientation of engine thrust. At this moment, the parameters of the motion of the accelerating block and the deviation from the given orbit are determined, according to which the correction programs of the thrust orientation of the main engine are performed.
В качестве модели прогноза траекторного движения разгонного блока как материальной точки используется система дифференциальных уравнений
где - вектор абсолютной скорости;
- кажущееся ускорение;
- единичный вектор тяги;
- радиус-вектор;
- вектор гравитационного ускорения.As a model for predicting the trajectory motion of the accelerating block as a material point, a system of differential equations is used
Where - vector of absolute speed;
- apparent acceleration;
- unit thrust vector;
- radius vector;
- vector of gravitational acceleration.
Для установившегося режима работы маршевого двигателя в пустоте кажущееся ускорение определяется по формуле
где p - тяга маршевого двигателя;
mо - масса разгонного блока на момент начала маневра;
- секундный расход топлива;
t - время, отсчитываемое от начала маневра.For the steady-state operation of the main engine in void, the apparent acceleration determined by the formula
where p is the thrust of the marching engine;
m o - mass of the upper stage at the beginning of the maneuver;
- second fuel consumption;
t is the time counted from the start of the maneuver.
Соотношение (1) может быть представлено в виде
где - условное время сгорания массы mo, разгонного блока,
- удельный импульс тяги маршевого двигателя.Relation (1) can be represented as
Where - the conditional time of combustion of the mass m o , the upper stage,
- specific impulse of thrust of the marching engine.
Как показывает практика для разгонного блока с нерегулируемой тягой маршевого двигателя, возможный разброс отклонений удельного импульса от его номинального значения незначителен (менее 1%), тогда как отклонения по тяговооруженности могут быть в пределах ±8%. As practice shows for an accelerating unit with uncontrolled thrust of the main engine, the possible variation in the deviations of the specific impulse from its nominal value is insignificant (less than 1%), while deviations in thrust-weight ratio can be within ± 8%.
С учетом этого величина параметра τ0 может иметь разброс до 10% от ее номинального значения, что существенным образом сказывается на точности выполнения прогноза траекторного движения разгонного блока и выполнении задач полета.With this in mind, the value of the parameter τ 0 can have a spread of up to 10% of its nominal value, which significantly affects the accuracy of the prediction of the trajectory motion of the upper stage and the performance of flight tasks.
Нормальное функционирование терминального управления и требуемая точность построения орбит, как показывают расчеты, обеспечиваются при точности определения параметра τ0 не хуже ±1% от его действительного значения.The normal functioning of the terminal control and the required accuracy of the construction of the orbits, as the calculations show, are ensured with the accuracy of determining the parameter τ 0 not worse than ± 1% of its actual value.
При отсутствии на борту разгонного блока датчиков, измеряющих тягу и секундный расход топлива, значение параметра τ0 может быть определено путем его идентификации, базирующейся на информации о текущем значении модуля кажущегося ускорения
Из уравнения (2) получим зависимост:
где
Соотношение (3) при условии постоянства удельного импульса тяги маршевого двигателя J определяет линейное по времени изменение величины, обратной кажущемуся ускорению, в котором коэффициент а пропорционален параметру τ0.
Задачей идентификации является определение параметра τ0 по значениям Уi полученным в моменты времени ti.If there are no sensors on board the accelerating unit that measure thrust and second fuel consumption, the value of parameter τ 0 can be determined by identifying it based on information about the current value of the apparent acceleration module
From equation (2) we obtain the dependence:
Where
Relation (3), provided that the specific thrust impulse of the marching engine J is constant, determines a time-linear change in the quantity inverse to the apparent acceleration, in which the coefficient a is proportional to the parameter τ 0 .
The identification task is to determine the parameter τ 0 from the values of U i obtained at time t i .
Наиболее близким техническим решением является система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока, содержащая последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения (ИКУ), определитель обратной величины (ООВ), первый интегратор и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока (ВУВСМРБ), счетчик времени (СВ), выход которого через сумматор времен измерений (СВИ) подключен ко второму входу, а выход счетчика тактов (СТ) - к третьему входу вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока [1]. The closest technical solution is a system for identifying the conventional time of burning the mass of the upper stage, containing a sequentially connected apparent acceleration meter (IKU), a reciprocal determinant (OOV), the first integrator and calculator of the conventional time of burning the mass of the upper stage (VUVSMRB), a time counter (CB) the output of which is connected to the second input through the measuring time adder (SVI), and the output of the clock counter (ST) is connected to the third input of the calculator of the conventional mass combustion time of the upper stage [1].
В известной системе процесс идентификации основан на сглаживании значений Уi по методу наименьших квадратов [2].In the known system, the identification process is based on smoothing the values of i i using the least squares method [2].
Недостатком известной системы является то, что возможные флюктуации и низкочастотные изменения тяги двигателя через измеренные значения кажущегося ускорения сказываются на точности определения условного времени сгорания массы разгонного блока и, как следствие этого, на точности выполнения прогноза движения разгонного блока и коррекции программы ориентации тяги двигателя в процессе выполнения маневра. A disadvantage of the known system is that possible fluctuations and low-frequency changes in engine thrust through the measured values of apparent acceleration affect the accuracy of determining the conditional time of combustion of the mass of the upper stage and, as a result, the accuracy of the prediction of the movement of the upper stage and the correction of the engine orientation program in the process performing a maneuver.
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия и точности определения условного времени сгорания массы разгонного блока путем снижения влияния нестационарности характеристик двигателя разгонного блока и флюктуаций погрешностей измерения кажущегося ускорения. The technical result of the invention is to increase the speed and accuracy of determining the conditional time of combustion of the mass of the upper stage by reducing the influence of unsteadiness of the characteristics of the upper stage engine and fluctuations in the measurement errors of apparent acceleration.
Указанный технический результат достигается тем, что в известную систему идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока, содержащую последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения, определитель обратной величины, первый интегратор и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока, счетчик времени, выход которого через сумматор времен измерений подключен ко второму входу, а выход счетчика тактов - к третьему входу вычислителя условного времени сгорания массы ракетного блока, введены счетчик мерных интервалов, умножитель, второй интегратор и делитель, выход счетчика тактов через последовательно соединенные счетчик номера временного интервала, умножитель и второй интегратор подключен к первому входу делителя, второй выход счетчика мерных интервалов соединен со вторым входом делителя, а выход вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока соединен со вторым входом умножителя. The specified technical result is achieved by the fact that in the known system for identifying the conventional time of burning the mass of the upper stage, containing a sequentially connected apparent acceleration meter, a reciprocal determiner, the first integrator and the calculator of the conventional time of burning the mass of the high stage, the time counter, the output of which is connected via the measurement time adder to the second input, and the output of the clock counter - to the third input of the calculator of the conventional time of mass combustion of the rocket block, the counters are introduced to measured intervals, a multiplier, a second integrator and a divider, the output of the clock counter through a series-connected counter of time interval numbers, a multiplier and a second integrator connected to the first input of the divider, the second output of the counter of measured intervals is connected to the second input of the divider, and the output of the calculator of the conditional mass combustion time the booster unit is connected to the second input of the multiplier.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой системы идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока; на фиг.2 - структурная схема вычислителя системы; на фиг.3 - схема последовательности определения условного времени сгорания массы разгонного блока τ0; на фиг.4 и 5 изображены процессы изменения по времени относительной ошибки идентификации Δ условного времени сгорания массы разгонного блока τ0 при низкочастотном колебании кажущегося ускорения соответственно предлагаемой системы и системы-прототипа.In FIG. 1 is a structural diagram of a proposed system for identifying the conditional time of combustion of the mass of the upper stage; figure 2 is a structural diagram of a computer system; figure 3 is a sequence diagram for determining the conditional time of combustion of the mass of the upper stage τ 0 ; Figures 4 and 5 show the processes of time-varying relative identification errors Δ of the conventional time of combustion of the mass of the upper stage τ 0 with a low-frequency oscillation of the apparent acceleration respectively, the proposed system and the prototype system.
Система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока (фиг.1) содержит последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения (ИКУ) 1, определитель обратной величины (OOВ) 2, первый интегратор 3 и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока (ВУВСМРБ) 4, счетчик времени (СВ) 5, выход которого через сумматор времен измерений (СВИ) 6 подключен ко второму входу, а выход счетчика тактов (СТ) 7 - к третьему входу вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока 4, выход счетчика тактов 7 через последовательно соединенные счетчик мерных интервалов (СНВИ) 8, умножитель 9 и второй интегратор 10 подключен к первому входу делителя 11, второй выход счетчика мерных интервалов 8 соединен со вторым входом делителя 11, а выход вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока 4 соединен со вторым входом умножителя 9. The system for identifying the conventional time of burning the mass of the upper stage (Fig. 1) contains a sequentially connected apparent acceleration meter (IKU) 1, a reciprocal determinant (OOB) 2, the
Вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока 4 (в дальнейшем - вычислитель 4) (фиг.2) содержит усилитель 12, сумматор 13 и блок деления 14, первый вход вычислителя 4 подключен через последовательно соединенные усилитель 12, сумматор 13 и блок деления 14 к выходу вычислителя 4, второй вход вычислителя 4 подключен ко второму входу сумматора 13, а третий вход - ко второму входу блока деления 14. The calculator of the conditional time of combustion of the mass of the booster block 4 (hereinafter, the calculator 4) (Fig. 2) contains an
Система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока работает следующим образом. The identification system of the conventional time of combustion of the mass of the upper stage works as follows.
Кажущееся ускорение с выхода измерителя кажущегося ускорения 1 поступает на первый вход вычислителя 4 через определитель обратной величины 2, где формируется величина, обратная кажущемуся ускорению и первый интегратор 3, где суммируются обратные функции
Со счетчика времени 5 время ti измерения кажущегося ускорения поступает на второй вход вычислителя 4 через сумматор времен измерений 6, где выполняется суммирование времен выполнения замеров кажущегося ускорения.Apparent acceleration from the output of the
With a time counter 5 time t i measuring apparent acceleration arrives at the second input of the calculator 4 through the adder of the measurement times 6, where the summation of the measurements apparent acceleration.
Со счетчика тактов 7 количество n выполненных измерений кажущегося ускорения поступает на третий вход вычислителя 4 и на вход счетчика мерных интервалов 8. Время ti и счет тактов вычислений отсчитываются от момента начала идентификации параметра τ0 на каждом маневре. Перед каждым маневром первый интегратор 3, счетчик времени 5, сумматор времен измерений 6, счетчик тактов 7, счетчик номера мерных интервалов 8 и второй интегратор 10 обнуляются.From the clock counter 7, the number n of the apparent acceleration measurements taken is sent to the third input of the calculator 4 and to the input of the counter of measured intervals 8. The time t i and the calculation clock are counted from the moment the parameter τ 0 is identified at each maneuver. Before each maneuver, the
В вычислителе 4 по информации, поступившей на каждом такте ее обновления на его входы, определяется текущая оценка условного времени сгорания топлива τ0 по зависимости
Блоки с 1 по 7 работают синхронно с тактом выполнения измерений кажущегося ускорения
В счетчике номера мерных интервалов 8 после каждого интервала, состоящего из К тактов счета, номер интервала j изменяется на единицу, то есть j= j+1, если n=(j+1)к, причем в начале каждого маневра принимается n=0, j=0 (фиг.3).In the calculator 4, according to the information received at each step of its update at its inputs, the current estimate of the conditional fuel combustion time τ 0 is determined by the dependence
In the counter of the number of measured intervals 8, after each interval consisting of K clock cycles, the number of the interval j changes by one, that is, j = j + 1 if n = (j + 1) k, and at the beginning of each maneuver, n = 0 , j = 0 (Fig. 3).
Значение j+1 поступает со второго выхода счетчика мерных интервалов 8 на второй вход делителя 11. Одновременно с изменением j с первого выхода счетчика мерных интервалов 8 на второй вход умножителя 9 поступает признак χ=1, принимающий значение χ=0, когда нет изменения j. The value j + 1 is supplied from the second output of the counter of measured intervals 8 to the second input of the divider 11. Simultaneously with the change of j from the first output of the counter of measured intervals 8, the sign χ = 1, taking the value χ = 0, when there is no change j .
На первый вход умножителя 9 поступает оценка параметра τ0 на каждом такте. При χ = 1 на выходе умножителя 9 формируется значение τOj при j≠0, которое поступает на вход второго интегратора 10, на выходе которого формируется сумма определяемая как
где τOO - начальное значение параметра τ0;
τOj - значение параметра τO, вычисленное на j-ом интервале.At the first input of the multiplier 9 receives an estimate of the parameter τ 0 at each cycle. When χ = 1, the value of τ Oj is formed at the output of the multiplier 9 for j ≠ 0, which is fed to the input of the second integrator 10, at the output of which the sum defined as
where τ OO is the initial value of the parameter τ 0 ;
τ Oj is the value of the parameter τ O calculated on the jth interval.
С выхода второго интегратора 10 вычисленная сумма приходит на первый вход делителя 11 в качестве делимого, а на второй вход - в качестве делителя - значение j+1. На выходе дeлителя 11 формируется условное время сгорания массы разгонного блока τO по зависимости
где
m - номер последнего полного мерного интервала;
к - количество замеров на мерном интервале;
n - количество выполненных измерений;
τOO - начальное значение параметра τO;
τOO = τОпз - для первого маневра;
τOO = τОпрм-tпрм - для последующих маневров;
τОпз - заданное в полетном задании номинальное значение τ0;
τОпрм - значение параметра τО с предыдущего маневра;
tпрм - длительность процесса идентификации на предыдущем маневре.From the output of the second integrator 10, the calculated sum comes to the first input of the divider 11 as a dividend, and to the second input as a divisor, the value j + 1. At the output of the divider 11, the conditional time of combustion of the mass of the upper stage τ O is formed according to
Where
m is the number of the last full measured interval;
k is the number of measurements on the measured interval;
n is the number of measurements taken;
τ OO is the initial value of the parameter τ O ;
τ OO = τ Opt - for the first maneuver;
τ OO = τ -t Oprm Rx - for subsequent maneuvers;
τ OPZ is the nominal value τ 0 specified in the flight task;
τ Oprm - the value of the parameter τ About from the previous maneuver;
t prm - the duration of the identification process on the previous maneuver.
На фиг.4 представлены графики изменения по времени относительной ошибки идентификации параметра τО при низкочастотном колебании кажущегося ускорения в пределах ±10% от его номинального значения с периодом Т=100 с предлагаемой системы
где Δ - относительная ошибка идентификации параметра τО;
τОд - действительное значение параметра τО;
τОид - значение параметра τО, полученное путем идентификации.Figure 4 presents graphs of changes in time relative identification errors parameter τ О at a low-frequency oscillation of apparent acceleration within ± 10% of its nominal value with a period of T = 100 from the proposed system
where Δ is the relative identification error of the parameter τ O ;
τ Od - the actual value of the parameter τ O ;
τ Oid is the value of the parameter τ О obtained by identification.
Процесс идентификации выполнен при количестве замеров на мерном интервале К=100 и такте счета 0,2 с. The identification process was carried out with the number of measurements on the measured interval K = 100 and a count cycle of 0.2 s.
Предложенная система обеспечивает вхождение погрешности идентификации Δ параметра τО в трубку ±1% за 40 с.The proposed system ensures the occurrence of the identification error Δ of the parameter τ O in the tube ± 1% for 40 s.
Для сравнения на фиг. 5 показаны графики изменения по времени относительной ошибки идентификации Δ параметра τО при низкочастотном колебании кажущегося ускорения системы - прототипа. Процесс идентификации выполнен при тех же условиях.For comparison, in FIG. Figure 5 shows graphs of the time variation of the relative identification error Δ of the parameter τ O with a low-frequency oscillation of the apparent acceleration systems - prototype. The identification process is performed under the same conditions.
Вход в трубку погрешности ±1% выполняется на 160-й секунде после начала идентификации. Изменение погрешности идентификации Δ параметра τО до входа в эту трубку имеет колебательный характер.An error ± 1% is entered into the tube at the 160th second after the start of identification. The change in the identification error Δ of the parameter τ O before entering this tube has an oscillatory character.
Для наглядности изображения графики низкочастотного колебания кажущегося ускорения на фиг.4 и 5 выполнены в масштабе 5:1.For clarity, images of the graphics of the low-frequency oscillation of the apparent acceleration Figures 4 and 5 are made on a 5: 1 scale.
Таким образом, предложенная система обеспечивает вхождение погрешности идентификации Δ в трубку ±1% за 40 с, что в четыре раза быстрее, чем в прототипе. При этом значительно снижена колебательность процесса. Thus, the proposed system ensures that the identification error Δ in the tube ± 1% for 40 s, which is four times faster than in the prototype. At the same time, the process oscillation is significantly reduced.
Источники информации
1. Сыров А.С., Соколов В.Н., Ежов В.В., Кислик Л.И. Алгоритм наведения разгонного блока с нерегулируемым маршевым двигателем и малой тяговооруженностью. Авиакосмическая техника и технология, 1998, 1, с.31-33.Sources of information
1. Syrov A.S., Sokolov V.N., Ezhov V.V., Kislik L.I. Algorithm for guidance of the upper stage with an unregulated marching engine and low thrust ratio. Aerospace Engineering and Technology, 1998, 1, p.31-33.
2. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Физматгиз, 1962, с.340м 2. Ventzel E.S. Probability theory. - M .: Fizmatgiz, 1962, p. 340m
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001133791A RU2209157C1 (en) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | System of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001133791A RU2209157C1 (en) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | System of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2209157C1 true RU2209157C1 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29211116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001133791A RU2209157C1 (en) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | System of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2209157C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467930C1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of determining maneuver termination interval and shutting down of acceleration unit sustainer engine |
-
2001
- 2001-12-18 RU RU2001133791A patent/RU2209157C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СЫРОВ А.С., СОКОЛОВ В.Н. и др. Алгоритм наведения разгонного блока с нерегулируемым маршевым двигателем и малой тяговооруженностью. - Авиакосмическая техника и технология, 1998, №1, с.31-33. В.П.ПЕТРОВ, А.А.СОЧИВКО. Управление ракетами. - М.: Воениздат, 1963, с.143-145. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2467930C1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of determining maneuver termination interval and shutting down of acceleration unit sustainer engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4485452A (en) | Speed measurement system | |
EP0326065B2 (en) | Controlling engine fuel injection | |
RU2209157C1 (en) | System of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass | |
CN114636862A (en) | High-precision pulse width measuring circuit and measuring method | |
RU2209158C1 (en) | Method of identification of arbitrary time of combustion of cryogenic stage mass | |
Wheeler et al. | Analytic method for estimating aircraft fix displacement from gyroscope’s Allan-deviation parameters | |
CN107389094B (en) | On-orbit identification and real-time compensation method for errors of satellite-sensitive and gyroscope orbit periodic systems | |
JPS6296740A (en) | Method and system of controlling fuel consumption | |
US4349890A (en) | Time of day clock control | |
CN110687773B (en) | Method, device and system for measuring time service precision of time unification system | |
CN113343458A (en) | Model selection method and device for engine sensor, electronic equipment and storage medium | |
CN112197767A (en) | Filter design method for improving filtering error on line | |
RU2209159C1 (en) | Method of determination of time of termination of manoeuvre and cruise engine cut-off time on base of numerical forecast of motion of cryogenic stage | |
CN110987018A (en) | Method and system for calibrating DVL (dynamic Voltage laser) error by using position method of specific force differential | |
JP4287975B2 (en) | Attitude measurement device | |
RU2522693C2 (en) | Apparatus for decision support based on cooperative games | |
SU635399A1 (en) | Discrete-digital balance weight and cost converter | |
CN102928692B (en) | Method for measuring newly-added tested pieces in operation process of quartz crystal automatic testing system | |
SU1681739A3 (en) | Metho of measuring fuel consumption of internal combustion engines | |
CN114577234B (en) | Satellite relative attitude reference error analysis method, system and device | |
RU2124222C1 (en) | Mobile direction finder | |
RU2083954C1 (en) | Inertial navigation system | |
JPH01171040A (en) | Load factor measuring system for computer | |
RU2714286C1 (en) | Method of bringing spacecraft to longitude of standing on geostationary orbit | |
SU943716A1 (en) | Device for computing vector parameters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201219 |