RU2282568C1 - Method of forming program for orientation of cryogenic stage at terminal control of injection into preset orbit - Google Patents
Method of forming program for orientation of cryogenic stage at terminal control of injection into preset orbit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282568C1 RU2282568C1 RU2005103979/11A RU2005103979A RU2282568C1 RU 2282568 C1 RU2282568 C1 RU 2282568C1 RU 2005103979/11 A RU2005103979/11 A RU 2005103979/11A RU 2005103979 A RU2005103979 A RU 2005103979A RU 2282568 C1 RU2282568 C1 RU 2282568C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- orientation
- angle
- program
- thrust vector
- pitch
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области, связанной с наведением космических аппаратов на заданную орбиту, при котором обеспечиваются заданные параметры их движения в конце маневра.The present invention relates to the field associated with the guidance of spacecraft in a given orbit, which provides the specified parameters of their motion at the end of the maneuver.
Наиболее близким техническим решением является способ формирования программы ориентации разгонного блока (РБ) в продольном управлении при выполнении активного маневра [1], заключающийся в том, что в процессе реализации этого маневра периодически с тактом терминального управления Ту прогнозируют параметры движения разгонного блока на момент отсечки маршевого двигателя (МД), определяют по ним прогнозируемые отклонения по радиусу, по радиальной скорости от их значений на заданной орбите и поправки к параметрам программ ориентации по тангажу, обеспечивающие выполнение терминальных условий, и формируют на их основе уточненную программу ориентации разгонного блока по тангажу ϑпр на очередной интервал терминального управления в виде:The closest technical solution is a method for generating an orientation program for the upper stage (RB) in longitudinal control when performing an active maneuver [1], which consists in the fact that during the implementation of this maneuver, the motion parameters of the upper stage are predicted periodically with the terminal control T y at the time of cutoff marching engine (MD), they determine the predicted deviations in radius, radial speed from their values in a given orbit and corrections to the parameters of orientation programs in tan azhu, providing performance terminal conditions, and is formed on the basis of their accelerating elaborated program block orientation θ pitch etc. for the next control interval terminal in the form:
где ϑпр - программный угол тангажа разгонного блока;where ϑ pr - the pitch angle of the booster block;
ϑ0 - начальное значение программного угла;ϑ 0 is the initial value of the program angle;
- скорость изменения программного угла; - rate of change of the program angle;
t - время, отсчитываемое от момента выполнения прогноза.t is the time counted from the moment the forecast was completed.
Для начала управления значения параметров ϑ0, задаются в полетном задании.To start control, the parameter values параметров 0 , are set in the flight task.
Недостатком известного способа является предположение, что вектор тяги маршевого двигателя направлен по продольной оси разгонного блока. Отклонение вектора тяги маршевого двигателя от продольной оси на угол Δϑр приводит к ошибке реализации заданного траекторного движения.The disadvantage of this method is the assumption that the thrust vector the main engine is directed along the longitudinal axis of the booster block. Thrust vector deviation the main engine from the longitudinal axis at an angle Δϑ p leads to an error in the implementation of a given trajectory movement.
При использовании в разгонных блоках маршевых двигателей для угловой стабилизации создание с их помощью управляющих моментов относительно центра масс выполняется путем отклонения камеры сгорания маршевого двигателя относительно продольной оси. При этом средняя (балансировочная) составляющая отклонения камеры сгорания маршевого двигателя, характеризуемая углом Δϑд, оказывает наибольшее влияние на точность реализации траекторного движения. Величина балансировочного отклонения камеры сгорания маршевого двигателя зависит от смещения центра масс разгонного блока относительно его продольной оси, деформации рамы подвеса маршевого двигателя, ошибки установки оси камеры сгорания и других причин.When marching engines are used in accelerating blocks for angular stabilization, the creation of control moments with their help relative to the center of mass is performed by deflecting the combustion chamber of the marching engine relative to the longitudinal axis. In this case, the average (balancing) component of the deflection of the combustion engine of the main engine, characterized by the angle Δϑ d , has the greatest impact on the accuracy of the trajectory movement. The value of the balancing deviation of the sustainer’s combustion chamber depends on the displacement of the center of mass of the accelerating block relative to its longitudinal axis, deformation of the suspension frame of the sustainer engine, installation errors of the axis of the combustion chamber, and other reasons.
Техническим результатом изобретения является компенсация влияния отклонения вектора тяги маршевого двигателя относительно продольной оси на точность реализации заданного траекторного движения и повышение тем самым точности формирования заданной орбиты.The technical result of the invention is to compensate for the influence of the deviation of the thrust vector of the marching engine relative to the longitudinal axis on the accuracy of the implementation of a given trajectory movement and thereby increase the accuracy of formation of a given orbit.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе формирования программы ориентации разгонного блока при терминальном управлении наведением его на заданную орбиту, заключающемся в том, что при текущем значении программного угла тангажа и скорости его изменения на каждом такте терминального управления прогнозируют параметры движения разгонного блока на момент отсечки маршевого двигателя, определяют по ним отклонения радиуса и радиальной скорости от их значений на заданной орбите, формируют сигналы коррекции по углу и угловой скорости тангажа, корректируют значения угла тангажа и угловой скорости, определяют программу ориентации вектора тяги для очередного интервала терминального управления, дополнительно определяют по проекциям измеренных кажущихся ускорений на оси системы координат, принятой для отсчета программного угла тангажа, ориентацию вектора тяги маршевого двигателя в этой системе координат и его отклонение от значения программного угла ориентации вектора тяги, выполняют нелинейную фильтрацию этого отклонения и последующее нелинейное преобразование отфильтрованного сигнала, интегрируют преобразованный сигнал, ограничивают его на заданном уровне и определяют программу ориентации разгонного блока путем вычитания этого ограниченного сигнала из программы ориентации вектора тяги маршевого двигателя.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of forming the orientation program of the upper stage during terminal control, pointing it into a given orbit, which consists in the fact that at the current pitch pitch angle and rate of change at each terminal control cycle, the upper stage motion parameters are predicted the cutoff moment of the main engine, they determine the deviations of the radius and radial velocity from their values in a given orbit, form correction signals p angle and angular pitch velocity, adjust the pitch angle and angular velocity, determine the thrust vector orientation program for the next terminal control interval, additionally determine the orientation of the marching engine thrust vector from the projections of the measured apparent accelerations on the axis of the coordinate system adopted for reading the pitch program angle this coordinate system and its deviation from the value of the program angle of orientation of the thrust vector, perform non-linear filtering of this deviation and subsequent non-linear linear transformation of the filtered signal, integrates the converted signal, limiting it to a predetermined level, and determining the program booster orientation by subtracting this signal from the program limited orientation of the thrust vector propulsion engine.
Таким образом, указанный технический результат достигается тем, что разгонный блок отклоняют по тангажу на дополнительный угол Δϑд в сторону, противоположную отклонению вектора тяги маршевого двигателя относительно продольной оси, и с этой целью программа ориентации разгонного блока, определяемая углом , должна задаваться в виде:Thus, the specified technical result is achieved by the fact that the upper stage is deflected by an additional angle Δϑ d along the pitch opposite to the deviation of the thrust vector main engine relative to the longitudinal axis, and for this purpose, the orientation program of the upper stage, determined by the angle must be specified as:
обеспечивающем расчетное направление тяги, определяемое углом ϑпр,providing the estimated direction of traction, determined by the angle ϑ CR
где - скорректированный программный угол тангажа разгонного блока;Where - adjusted pitch angle of the booster block;
ϑпр - программный угол тангажа разгонного блока;ϑ pr - the pitch angle of the booster block;
Δϑд - угол отклонения маршевого двигателя.Δϑ d - the angle of the marching engine.
На фиг.1 представлена структурная схема блока формирования программы ориентации разгонного блока по известному способу, определяющему требуемое направление вектора тяги маршевого двигателя; на фиг.2 дана блок-схема контура формирования программы ориентации разгонного блока по предлагаемому способу; на фиг.3 показаны углы ориентации вектора тяги ϑр, программной ориентации вектора тяги ϑпр и отклонения направления вектора тяги Δϑр от его программной ориентации; на фиг.4 представлена структура блоков нелинейной ориентации, нелинейного преобразования и формирования компенсирующей поправки; на фиг.5 показано изменение программ ориентации разгонного блока в процессе его наведения на заданную орбиту по известному и предлагаемому способам при различных значениях углов отклонения вектора тяги в балансировке.Figure 1 presents the structural diagram of the block forming the orientation program of the upper stage in a known manner, which determines the desired direction of the thrust vector of the sustainer engine; figure 2 is a block diagram of the circuit forming the orientation program of the upper stage according to the proposed method; figure 3 shows the angles of orientation of the thrust vector ϑ p , program orientation of the thrust vector ϑ pr and the deviation of the direction of the thrust vector Δϑ p from its program orientation; figure 4 presents the structure of blocks of non-linear orientation, non-linear transformation and the formation of a compensating correction; figure 5 shows the change in the orientation programs of the upper stage during its guidance in a given orbit according to the known and proposed methods for different values of the angles of deviation of the thrust vector in the balancing.
Структурная схема блока формирования программы ориентации разгонного блока, реализующая известный способ, представлена на фиг.1, где 1 - блок прогноза отклонений (БПО) от заданной орбиты и расчета функций чувствительности, 2 - блок корректирующих поправок (БКП) программного управления, 3 - блок коррекции (БК) параметров программы ориентации.The block diagram of the block for the formation of the orientation program for the upper stage, which implements the known method, is shown in Fig. 1, where 1 is a block for predicting deviations (BPO) from a given orbit and calculating sensitivity functions, 2 is a block of corrective corrections (BPC) of program control, 3 is a block correction (BC) parameters of the orientation program.
В блоке 1 (БПО) по известным параметрам программы ориентации ϑ0 и непрерывно определяется текущее значение ϑпр. На каждом i-м такте терминального управления для прогнозируемого момента отключения маршевого двигателя вычисляются отклонения от заданной орбиты по радиус-вектору ΔR, по радиальной скорости ΔV и функции чувствительности L, J, S, Q вычисляемых отклонений к изменению параметров программы ориентации - угла тангажа и скорости его изменения.In block 1 (BPO) according to the known parameters of the orientation program ϑ 0 and the current value ϑ pr is continuously determined At each i-th terminal control cycle, for the predicted moment of marching engine off, the deviations from the given orbit are calculated by the radius vector ΔR, by the radial velocity ΔV and the sensitivity functions L, J, S, Q of the calculated deviations to change the orientation program parameters - pitch angle and rate of change.
На основе этих данных в блоке 2 (БКП) вычисляются корректирующие поправки Δϑ0i, к параметрам программы ориентации, а в блоке 3 (БК) определяются скорректированные параметры программы ориентации на очередном такте терминального управления.Based on these data, in block 2 (BKP), the correction corrections Δϑ 0i are calculated, to the parameters of the orientation program, and in block 3 (BC), the adjusted parameters of the orientation program are determined at the next terminal control cycle.
Блок-схема контура формирования программы ориентации разгонного блока по предлагаемому способу представлена на фиг.2, где 4 - блок формирования программы ориентации (БФП) по известному способу, 5 - блок измерения кажущихся ускорений (БИКУ), 6 - блок формирования отклонения (БФО) вектора тяги относительно продольной оси, 7 - блок нелинейной фильтрации (БНФ), 8 - блок нелинейного преобразования (БНП), 9 - блок формирования компенсирующей поправки (БФКП), 10 - блок формирования программы ориентации (БФПО) по предлагаемому способу.The block diagram of the formation circuit of the acceleration block orientation program according to the proposed method is shown in FIG. 2, where 4 is the orientation program formation block (BFP) by the known method, 5 is the apparent acceleration measurement unit (BICU), 6 is the deviation formation block (BFO) thrust vector relative to the longitudinal axis, 7 — block of nonlinear filtration (BNF), 8 — block of nonlinear transformation (BNP), 9 — block of the formation of a compensating correction (BFC), 10 — block of the formation of an orientation program (BFPO) by the proposed method.
В блоке 4 (БФП) по известному способу формируется программа ориентации вектора тяги ϑпр вида (1).In block 4 (BFP) by a known method, a thrust vector orientation program ϑ pr of the form (1) is formed.
Из блока 5 (БИКУ) поступают значения проекций измеренных кажущихся ускорений разгонного блока , на оси системы координат Og Xg Yg, используемой для отсчета программного и текущего углов тангажа (фиг.3).From block 5 (BIKU), the projection values of the measured apparent accelerations of the upper stage are received , on the axis of the coordinate system O g X g Y g used to read the program and current pitch angles (figure 3).
В блоке 6 (БФО) вычисляется рассогласование между направлением вектора тяги и программной ориентации ϑпр, определяемое углом Δϑр. Для этого определяется текущая ориентация вектора тяги - угол ϑр:In block 6 (BFO), the mismatch between the direction of the thrust vector and the program orientation ϑ pr , determined by the angle Δϑ p , is calculated. For this, the current orientation of the thrust vector is determined - the angle ϑ p :
Угол ϑр может быть представлен в виде:The angle ϑ p can be represented as:
ϑр=ϑпр+Δϑр ϑ p = ϑ pr + Δϑ p
и поэтомуand therefore
sinϑp=sinϑпр·cosΔϑp+cosϑпр·sinΔϑр.sinϑ p = sinϑ pr · cosΔϑ p + cosϑ pr · sinΔϑ p .
Учитывая малые значения угла рассогласования Δϑр, его значение определяется из последнего уравнения по формуле:Given the small values of the angle of mismatch Δϑ p , its value is determined from the last equation by the formula:
Сигнал рассогласования проходит через цепочку последовательных блоков 7, 8, 9, структура которых представлена на фиг.4. Передаточная функция блока 7 (БНФ) имеет вид:The error signal passes through a chain of
где постоянная времени фильтра;Where filter time constant;
Кф - коэффициент усиления линейного участка характеристики.To f - gain linear portion of the characteristic.
Максимальная скорость изменения выходного сигнала Δϑф блока 7 (БНФ) определяется величиной ограничения и коэффициентом Кф.The maximum rate of change of the output signal Δϑ f block 7 (BNF) is determined by the magnitude of the restriction and coefficient K f .
Блок 7 (БНФ) исключает прохождение высокочастотных составляющих сигнала Δϑр на вход блока 8 (БНП).Block 7 (BNF) excludes the passage of high-frequency components of the signal Δϑ p to the input of block 8 (BNP).
Блок 8 (БНП) представляет собой нелинейное звено, состоящее из ограничения выходного сигнала на уровне , зоны нечувствительности Δзн и имеющие коэффициент усиления Кн на линейном участке характеристики. Сигнал на выходе блока 8 (БНП) формируется по зависимости:Block 8 (BNP) is a nonlinear link, consisting of limiting the output signal at the level dead zones Δ zn and having a gain of K n in the linear portion of the characteristic. Signal at the output of block 8 (BNP) is formed according to:
В блоке 9 (БФКП) выполняется интегрирование сигнала Δϑн и ограничение выходного сигнала Δϑд на уровне ±Δϑд:In block 9 (BFKP), the signal Δϑ n is integrated and the output signal Δϑ d is limited to ± Δϑ d :
Программа ориентации формируется в блоке 10 (БФПО), на первый вход которого из блока 4 (БФП) поступает сигнал программы ориентации вектора тяги ϑпр, а на второй - сигнал Δϑд из блока 9 (БФКП):Orientation program is formed in block 10 (BFPO), the first input of which from block 4 (BFP) receives the signal of the thrust vector orientation program ϑ pr , and the second input receives the signal Δϑ d from block 9 (BFKP):
Угол Δϑд изменяется до тех пор, пока ориентация вектора тяги ϑр не станет равным сформированному программному углу ориентации ϑпр. В этом случае Δϑр=0 и на вход блока 9 (БФКП) поступает сигнал Δϑн=0, что свидетельствует о достижении углом Δϑд значения, равного балансировочному отклонению камеры маршевого двигателя.The angle Δϑ d changes until the orientation of the thrust vector ϑ p becomes equal to the generated program orientation angle ϑ pr In this case, Δϑ p = 0 and the signal Δϑ n = 0 is received at the input of block 9 (BFKP), which indicates that the angle Δϑ d has reached a value equal to the balancing deviation of the main engine chamber.
Для оценки эффективности предлагаемого способа формирования программы ориентации РБ с учетом компенсации отклонения вектора тяги маршевого двигателя проведено сравнительное моделирование выведения разгонного блока на целевую круговую орбиту с высотой Нкр=212244 м при использовании этого способа и прототипа.To evaluate the effectiveness of the proposed method of forming the RB orientation program taking into account the compensation of the thrust vector deviation of the marching engine, a comparative simulation of launching the upper stage into the target circular orbit with a height of N cr = 212244 m using this method and prototype is carried out.
Значения высот апогея На и перигея Нп при различных значениях углов балансировочного отклонения камеры сгорания маршевого двигателя δмд, требуемых для парирования соответствующих возмущающих моментов, приведены в таблице для двух способов управления. Там же приведены отклонения высот апогея ΔНа и перигея ΔНп относительно заданной высоты Нкр круговой орбиты.The values of the heights of apogee H a and perigee H p for different values of the angles of the balancing deviation of the combustion chamber of the marching engine δ md required to parry the corresponding disturbing moments are given in the table for two control methods. The deviations of the apogee heights ΔН а and perigee ΔН p relative to a given height Н cr of a circular orbit are also given there.
Как видно из приведенных результатов, применение предлагаемого способа в условиях отклонения камеры сгорания маршевого двигателя на 5 градусов обеспечивает компенсацию этого возмущения и позволяет достигать при этом точности параметров формируемой орбиты, которые дает способ прототип при условии совпадения направления вектора тяги с продольной осью разгонного блока.As can be seen from the above results, the application of the proposed method under conditions of a marching engine’s combustion chamber deviation of 5 degrees compensates for this disturbance and allows one to achieve accuracy of the formed orbit parameters, which the prototype method provides, provided that the direction of the thrust vector coincides with the longitudinal axis of the accelerating block.
При моделировании были использованы значения параметров в блоках на фиг.4: Кф=0,15 1/с, Δзн=0,16 град, Кн=0,15.When modeling, the parameter values in the blocks in Fig. 4 were used: K f = 0.15 1 / s, Δ zn = 0.16 degrees K n = 0.15.
На фиг.5 представлены процессы формирования программ ориентации в процессе наведения на заданную орбиту и цифрами 1÷4 обозначены следующие параметры:Figure 5 presents the processes of formation of orientation programs in the process of pointing to a given orbit and the
1, 2 - программный угол ориентации ϑпр для вариантов 1 и 2 таблицы,1, 2 - program orientation angle ϑ ol for
3 - программный угол ориентации для варианта 3 таблицы,3 - program orientation angle for
4 - изменение угла Δϑд в варианте 3.4 - change in the angle Δϑ d in
Источники информации.Information sources.
1. А.С.Сыров, В.Н.Соколов, В.В.Ежов, Л.И.Кислик "Алгоритм наведения разгонного блока с нерегулируемым маршевым двигателем и малой тяговооруженностью". Авиакосмическая техника и технология, №1, 1998 г.1. A.Syrov, V.N. Sokolov, V.V. Ezhov, L.I. Kislik "Algorithm for guidance of the upper stage with uncontrolled marching engine and low thrust-weight ratio". Aerospace Engineering and Technology, No. 1, 1998
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103979/11A RU2282568C1 (en) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | Method of forming program for orientation of cryogenic stage at terminal control of injection into preset orbit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005103979/11A RU2282568C1 (en) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | Method of forming program for orientation of cryogenic stage at terminal control of injection into preset orbit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005103979A RU2005103979A (en) | 2006-07-20 |
RU2282568C1 true RU2282568C1 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=37028555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005103979/11A RU2282568C1 (en) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | Method of forming program for orientation of cryogenic stage at terminal control of injection into preset orbit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2282568C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2495800C1 (en) * | 2012-08-15 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method of control over carrier rocket boost phase |
RU2739645C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-12-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method of compensating loss of thrust by accelerating unit orientation machines |
-
2005
- 2005-02-16 RU RU2005103979/11A patent/RU2282568C1/en active
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. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2495800C1 (en) * | 2012-08-15 | 2013-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method of control over carrier rocket boost phase |
RU2739645C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-12-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method of compensating loss of thrust by accelerating unit orientation machines |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005103979A (en) | 2006-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107966156B (en) | Guidance law design method suitable for carrier rocket vertical recovery section | |
CN113602532B (en) | Solid carrier rocket in-orbit correction method | |
Shima et al. | Time-varying linear pursuit-evasion game models with bounded controls | |
CN108919841B (en) | Composite shaft control method and system of photoelectric tracking system | |
CN105806365B (en) | Rapid Alignment Technology between a kind of vehicle-mounted inertial navigation based on Active Disturbance Rejection Control is advanced | |
CN112461060B (en) | Rocket final-stage derailment control method and device | |
RU2424954C1 (en) | Method of controlling booster unit on acceleration trajectory | |
CN111025282B (en) | Tracking radar data processing method | |
RU2282568C1 (en) | Method of forming program for orientation of cryogenic stage at terminal control of injection into preset orbit | |
US8229661B2 (en) | Hybrid inertial system with non-linear behaviour and associated method of hybridization by multi-hypothesis filtering | |
CN113847913A (en) | Missile-borne integrated navigation method based on ballistic model constraint | |
CN109599674B (en) | Phased array antenna stable angle tracking method based on decoupling | |
CN111422379B (en) | Formation satellite cooperative orbit control method | |
CN109579833B (en) | Combined navigation method for vertical landing stage of recoverable carrier rocket | |
CN110895418A (en) | Low-speed rotating aircraft control method and system for compensating dynamic lag of steering engine | |
CN111459184A (en) | Unmanned aerial vehicle automatic carrier landing control method adopting segmented attack angle instruction | |
RU2432595C1 (en) | Method of correcting parameters of upper-stage rocket orientation programme | |
CN113343442B (en) | Method and system for solving fixed-time finite fuel multi-pulse transfer orbit | |
CN110955256B (en) | Underwater high-precision attitude control method suitable for submarine-launched missile | |
CA1196420A (en) | Method and apparatus for steering an aerodynamic body having a homing device | |
Farooq et al. | Trajectory optimization for air-to-surface missiles with imaging radars | |
CN111007867A (en) | Hypersonic aircraft attitude control design method capable of presetting adjustment time | |
RU2454357C1 (en) | Method of correcting orientation program parameters in terminal control over guidance of accelerating unit to preset orbit | |
CN112537463B (en) | Satellite attitude control method and system | |
CN115009545A (en) | Perturbation self-adaptive correction high-precision maintaining method for satellite formation configuration objects |