RU2481250C1 - Spacecraft angular motion stabilisation system - Google Patents

Spacecraft angular motion stabilisation system Download PDF

Info

Publication number
RU2481250C1
RU2481250C1 RU2011153522/11A RU2011153522A RU2481250C1 RU 2481250 C1 RU2481250 C1 RU 2481250C1 RU 2011153522/11 A RU2011153522/11 A RU 2011153522/11A RU 2011153522 A RU2011153522 A RU 2011153522A RU 2481250 C1 RU2481250 C1 RU 2481250C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
output
angular velocity
spacecraft
control signal
Prior art date
Application number
RU2011153522/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Сергеевич Сыров
Рауза Абдулхаковна Камальдинова
Анатолий Иванович Козлов
Сергей Валентинович Кравчук
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс")
Priority to RU2011153522/11A priority Critical patent/RU2481250C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2481250C1 publication Critical patent/RU2481250C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to aerospace engineering and may be used in spacecraft onboard control systems. Proposed system comprises three control channels. Every said control channel comprises control signal setting device, angular velocity transducer, unit of intermittent switching, switch, unit of jet engines, angle transducer, comparator, adding amplifier and relay element connected in series. Comparator is connected with control signal setting device, adding amplifier is connected with angular velocity transducer, and intermittent switching unit is connected with switch.
EFFECT: lower power consumption, decreased weight, minimised quantity of jet engines.
4 dwg

Description

Изобретение относится к бортовым системам управления космическими аппаратами (КА).The invention relates to airborne spacecraft (SC) control systems.

Известна система стабилизации, содержащая в каждом канале управления задатчик сигнала управления, датчик угла, датчик угловой скорости, элемент сравнения, суммирующий усилитель и релейный элемент [1].A known stabilization system comprising in each control channel a control signal setter, an angle sensor, an angular velocity sensor, a comparison element, a summing amplifier and a relay element [1].

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является система стабилизации углового движения КА, содержащая три канала управления, каждый канал управления содержит задатчик сигнала управления, датчик угловой скорости, последовательно соединенные датчик угла, элемент сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком сигнала управления, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с датчиком угловой скорости, и релейный элемент [2].Closest to the proposed invention is a system for stabilizing the angular motion of a spacecraft, containing three control channels, each control channel contains a control signal adjuster, an angular velocity sensor, an angle sensor connected in series, a comparison element, the second input of which is connected to a control signal adjuster, a summing amplifier, and a second the input of which is connected to the angular velocity sensor, and the relay element [2].

В указанных системах стабилизации традиционно используются в качестве исполнительных органов реактивные двигатели, обеспечивающие управление по трем осям космического аппарата.In these stabilization systems, jet engines are traditionally used as executive bodies, providing control over the three axes of the spacecraft.

Недостатком известных решений является то, что традиционно для реализации 3-х каналов стабилизации КА требуется 6 пар реактивных двигателей. Также при независимом управлении, в отдельные моменты времени, в общем случае, могут быть включены одновременно 6 двигателей, что может быть неприемлемо с точки зрения выполнения требований по энергопотреблению.A disadvantage of the known solutions is that traditionally for the implementation of the 3 channels of stabilization of the spacecraft requires 6 pairs of jet engines. Also, with independent control, at certain points in time, in the general case, 6 engines can be switched on simultaneously, which may be unacceptable from the point of view of meeting the requirements for energy consumption.

Технической задачей, решаемой в предлагаемой системе стабилизации, является снижение энергопотребления и уменьшение веса системы.The technical problem solved in the proposed stabilization system is to reduce energy consumption and reduce the weight of the system.

Указанная техническая задача достигается тем, что в известную систему стабилизации углового движения космического аппарата, содержащую три канала управления, каждый из которых содержит задатчик сигнала управления, датчик угловой скорости, последовательно соединенные датчик угла, элемент сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигнала управления, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и релейный элемент, дополнительно введены последовательно соединенные блок периодической коммутации, переключатель, три сигнальных входа которого соединены соответственно с выходом релейного элемента каждого канала управления, и блок реактивных двигателей, выход которого является выходом системы стабилизации.The specified technical problem is achieved by the fact that in the known system for stabilizing the angular motion of a spacecraft containing three control channels, each of which contains a control signal adjuster, an angular velocity sensor, an angle sensor connected in series, a comparison element, the second input of which is connected to the output of the control signal , the summing amplifier, the second input of which is connected to the output of the angular velocity sensor, and the relay element, are additionally introduced series-connected block odic switching switch, three signal inputs which are connected respectively with the output of the relay elements for each control channel block and jet engines, whose output is the output of the stabilization system.

На фиг.1 представлена блок-схема системы стабилизации углового движения КА, на фиг.2 - статическая характеристика релейного элемента с зоной нечувствительности канала управления КА по оси Х (аналогичные характеристики имеют релейные элементы в каналах управления относительно осей У и Z), на фиг.3 представлен один из вариантов схемы расположения реактивных двигателей.In Fig. 1, a block diagram of a system for stabilizing the angular motion of a spacecraft is shown; Fig. 2 is a static characteristic of a relay element with a dead zone of a spacecraft control channel along the X axis (similar characteristics have relay elements in the control channels relative to the U and Z axes), Fig. .3 one embodiment of a jet engine layout is presented.

Система стабилизации углового движения КА (фиг.1) содержит три канала управления 1, 2 и 3 относительно 3-х осей КА соответственно. Каждый канал управления, например канал управления 1, имеет задатчик сигнала управления 4 (ЗСУ), датчик угловой скорости 5 (ДУС), последовательно соединенные датчик угла 6 (ДУ), элемент сравнения 7 (ЭС), второй вход которого соединен с выходом задатчика сигнала управления 4, суммирующий усилитель 8 (СУ), второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости 5, и релейный элемент 9 (РЭ), последовательно соединенные блок периодической коммутации 10 (БПК), переключатель 11 (ПК), три сигнальных входа которого соединены соответственно с выходом релейного элемента 9 каждого канала управления, и блок реактивных двигателей 12 (БРД), выход которого является выходом системы.The stabilization system of the angular motion of the spacecraft (figure 1) contains three control channels 1, 2 and 3 relative to the 3 axes of the spacecraft, respectively. Each control channel, for example, control channel 1, has a control signal setter 4 (ZSU), an angular velocity sensor 5 (ДУС), an angle sensor 6 (ДУ) connected in series, a comparison element 7 (ЭС), the second input of which is connected to the output of the signal setter control 4, the summing amplifier 8 (SU), the second input of which is connected to the output of the angular velocity sensor 5, and the relay element 9 (RE), connected in series to the periodic switching unit 10 (BOD), switch 11 (PC), the three signal inputs of which are connected respectively, with output p an oil element 9 of each control channel, and a jet engine block 12 (BRD), the output of which is the output of the system.

Система стабилизации углового движения КА работает следующим образом.The stabilization system of the angular motion of the spacecraft operates as follows.

В каналах управления 1, 2 и 3 задатчиком сигнала управления 4 задаются соответственно сигналы управления γзад(t), Ψзад(t), ϑзад(t). В каждом канале по соответствующим сигналам управления γзад(t), Ψзад(t), ϑзад(t), текущим сигналам углового положения γ(t), Ψ(t), ϑ(t) и угловой скорости ωx(t), ωy(t), ωz(t) КА формируется закон регулирования (стабилизации). Например, в канале управления 1 этот закон формируется блоками 4÷9.The control channels 1, 2 and 3, the control signal setting unit 4, respectively, are set back control signals γ (t), Ψ backside (t), θ backside (t). In each channel, by the corresponding control signals γ ass (t), Ψ ass (t), ϑ ass (t), the current signals of the angular position γ (t), Ψ (t), ϑ (t) and the angular velocity ω x (t ), ω y (t), ω z (t) KA the law of regulation (stabilization) is formed. For example, in control channel 1, this law is formed by blocks 4–9.

В суммирующем усилителе 8 формируется сигнал управления σx(t) в виде:In the summing amplifier 8, a control signal σ x (t) is formed in the form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Δγ(t) - сигнал рассогласования, формируемый элементом сравнения 7 по сигналам γзад(t) от задатчика сигнала управления 4 и γ(t) от датчика угла 6:where Δγ (t) is the mismatch signal generated by the comparison element 7 by the signals γ ass (t) from the control signal setter 4 and γ (t) from the angle sensor 6:

Figure 00000002
Figure 00000002

Kγ, Kωх - передаточные числа суммирующего усилителя 8;K γ , K ωх - gear ratios of the summing amplifier 8;

ωx(t) - сигнал угловой скорости КА, поступающий от датчика угловой скорости 5.ω x (t) is the angular velocity signal of the spacecraft coming from the angular velocity sensor 5.

Далее сигнал управления σx(t) поступает на вход релейного элемента 9, характеристика которого представлена на фиг.2. Величина зоны нечувствительности σ релейного элемента 9 определена требуемой точностью стабилизации. Точность стабилизации γ0 соответствует:Next, the control signal σ x (t) is fed to the input of the relay element 9, the characteristic of which is shown in Fig.2. The value of the dead zone σ 0x relay element 9 is determined by the required stabilization accuracy. The stabilization accuracy γ 0 corresponds to:

Figure 00000003
Figure 00000003

Полученный на выходе релейного элемента 9 сигнал Fxx) поступает на 1-й вход переключателя 11.Received at the output of the relay element 9, the signal F xx ) is fed to the 1st input of the switch 11.

Аналогичным образом в каналах управления 2 и 3 системы стабилизации формируются соответственно сигналы Fyy) и Fzz), поступающие на 2 и 3 входы переключателя 11.Similarly, in the control channels 2 and 3 of the stabilization system, signals F yy ) and F zz ), respectively, are supplied to the 2 and 3 inputs of switch 11.

Блок периодической коммутации 10 задает период переключений Т сигналов управления Fxx), Fyy) и Fzz) на входе блока реактивных двигателей 12 для обеспечения требуемой точности по углу.The periodic switching unit 10 sets the switching period T of the control signals F xx ), F yy ) and F zz ) at the input of the jet engine block 12 to provide the required angle accuracy.

На фиг.3 представлен один из вариантов схемы расположения реактивных двигателей РД1, РД2, РД3 и РД4, позволяющий реализовать предложенную систему стабилизации углового движения КА. В данном варианте реактивные двигатели расположены относительно друг друга на расстоянии L1=2,9 м (по оси У), L2=1,25 м (по оси Z) и L3=0,75 м (по оси X).Figure 3 presents one of the layout of the jet engines RD1, RD2, RD3 and RD4, which allows to implement the proposed system for stabilizing the angular motion of the spacecraft. In this embodiment, jet engines are located relative to each other at a distance of L1 = 2.9 m (along the Y axis), L2 = 1.25 m (along the Z axis) and L3 = 0.75 m (along the X axis).

По сигналам управления Fxx), Fyy), Fzz) в блоке реактивных двигателей 12 осуществляется включение соответствующих 2-х двигателей стабилизации, создающих управляющий момент Мупр.By the control signals F xx ), F yy ), F zz ) in the block of jet engines 12, the corresponding 2 stabilization engines are turned on, creating a control moment M control .

Включение двигателей для варианта расположения реактивных двигателей, представленного на фиг.3, осуществляется в соответствии с таблицей 1.The inclusion of engines for the location of jet engines, presented in figure 3, is carried out in accordance with table 1.

Таблица 1Table 1 No. Fxx)=1 Fyy)=0 Fzz)=0F xx ) = 1 F yy ) = 0 F zz ) = 0 Fxx)=-1 Fyy)=0 Fzz)=0F xx ) = - 1 F yy ) = 0 F zz ) = 0 Fy(σy)=1 Fxx)=0 Fzz)=0Fy (σ y ) = 1 F xx ) = 0 F zz ) = 0 Fyy)=-1 Fxx)=0 Fzz)=0F yy ) = - 1 F xx ) = 0 F zz ) = 0 Fzz)=1 Fxx)=0 Fyy)=0F zz ) = 1 F xx ) = 0 F yy ) = 0 Fz(σz)=-1 Fx(σx)=0 Fy(σy)=0Fz (σ z ) = - 1 Fx (σ x ) = 0 Fy (σ y ) = 0 1one РД3, РД4RD3, RD4 22 РД1, РД2RD1, RD2 33 РД1, РД4RD1, RD4 4four РД2, РД3RD2, RD3 55 РД2, РД4RD2, RD4 66 РД1, РД3RD1, RD3

Таким образом, предложенная система стабилизации углового движения КА позволяет уменьшить энергопотребление и вес системы за счет уменьшения количества используемых реактивных двигателей (вместо 12 двигателей используется 4 двигателя).Thus, the proposed system for stabilizing the angular motion of the spacecraft allows reducing the energy consumption and weight of the system by reducing the number of jet engines used (4 engines are used instead of 12 engines).

Источники информацииInformation sources

1. Б.В.Раушенбах, Е.Н.Токарь. Управление ориентацией космических аппаратов. Москва, 1974, стр.144.1. B.V. Raushenbach, E.N. Tokar. Spacecraft orientation control. Moscow, 1974, p. 144.

2. Васильев В.Н. Системы ориентации космических аппаратов. Москва, 2009, стр.310.2. Vasiliev V.N. Spacecraft orientation systems. Moscow, 2009, p. 310.

Claims (1)

Система стабилизации углового движения космического аппарата, содержащая три канала управления, каждый канал управления содержит задатчик сигнала управления, датчик угловой скорости, последовательно соединенные датчик угла, элемент сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика сигнала управления, суммирующий усилитель, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости, и релейный элемент, отличающаяся тем, что система содержит последовательно соединенные блок периодической коммутации, переключатель, три сигнальных входа которого соединены соответственно с выходом релейного элемента каждого канала управления, и блок реактивных двигателей, выход которого является выходом системы стабилизации. The system of stabilization of the angular motion of the spacecraft, containing three control channels, each control channel contains a control signal adjuster, an angular velocity sensor, an angle sensor connected in series, a comparison element, the second input of which is connected to the output of the control signal adjuster, a summing amplifier, the second input of which is connected to the output of the angular velocity sensor, and a relay element, characterized in that the system comprises serially connected periodic switching unit, a switch, t and signal inputs of which are connected respectively with the output of relay elements for each control channel block and jet engines, whose output is the output of the stabilization system.
RU2011153522/11A 2011-12-28 2011-12-28 Spacecraft angular motion stabilisation system RU2481250C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011153522/11A RU2481250C1 (en) 2011-12-28 2011-12-28 Spacecraft angular motion stabilisation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011153522/11A RU2481250C1 (en) 2011-12-28 2011-12-28 Spacecraft angular motion stabilisation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2481250C1 true RU2481250C1 (en) 2013-05-10

Family

ID=48789429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011153522/11A RU2481250C1 (en) 2011-12-28 2011-12-28 Spacecraft angular motion stabilisation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2481250C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104309822A (en) * 2014-11-04 2015-01-28 哈尔滨工业大学 Parameter optimization-based spacecraft single-pulse drop-shaped fly-around track hover control method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0739818A1 (en) * 1995-04-28 1996-10-30 Hughes Aircraft Company Satellite spin axis stabilization using a single degree of freedom transverse momentum storage device
RU95102732A (en) * 1995-02-23 1997-02-20 Ю.П. Рылов Spacecraft navigation control device
EP0790542B1 (en) * 1995-08-11 2000-01-19 DaimlerChrysler AG Method for controlling the attitude of a three-axis stabilized, earth oriented bias momentum spacecraft
RU2158951C2 (en) * 1998-08-17 2000-11-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Apparatus for generating control stimulus
RU2270790C2 (en) * 2003-11-27 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Spacecraft motion control system
US8000849B2 (en) * 2005-10-27 2011-08-16 Stefan Reich Method and apparatus for remotely controlling and stabilizing unmanned aircraft

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU95102732A (en) * 1995-02-23 1997-02-20 Ю.П. Рылов Spacecraft navigation control device
EP0739818A1 (en) * 1995-04-28 1996-10-30 Hughes Aircraft Company Satellite spin axis stabilization using a single degree of freedom transverse momentum storage device
EP0790542B1 (en) * 1995-08-11 2000-01-19 DaimlerChrysler AG Method for controlling the attitude of a three-axis stabilized, earth oriented bias momentum spacecraft
RU2158951C2 (en) * 1998-08-17 2000-11-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Apparatus for generating control stimulus
RU2270790C2 (en) * 2003-11-27 2006-02-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Spacecraft motion control system
US8000849B2 (en) * 2005-10-27 2011-08-16 Stefan Reich Method and apparatus for remotely controlling and stabilizing unmanned aircraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104309822A (en) * 2014-11-04 2015-01-28 哈尔滨工业大学 Parameter optimization-based spacecraft single-pulse drop-shaped fly-around track hover control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2012131998A (en) TRAFFIC SEPARATION SYSTEM
EA201170003A1 (en) DRIVING SYSTEMS OF THE AIRCRAFT
Mazal et al. Closed-loop distance-keeping for long-term satellite cluster flight
RU2481250C1 (en) Spacecraft angular motion stabilisation system
RU2010121011A (en) METHOD FOR CONTROL OF MOTION OF AN ACTIVE SPACE OBJECT FACED WITH A PASSIVE SPACE OBJECT
Huang et al. An LMI-based decoupling control for electromagnetic formation flight
WO2019022910A3 (en) System and method of dynamically controlling parameters for processing sensor output data
US20190300207A1 (en) Artificial satellite and satellite propulsion method
Hogstrom et al. A robotically-assembled 100-meter space telescope
ATE349375T1 (en) AIRPLANE WITH FOUR PRESSURE PROPELLERS
Franzini et al. Impulsive Rendezvous Maneuvers in the Restricted Three-Body Problem
RU2441821C1 (en) Control mode of motor of an active space object, mated with a passive space object
Petukhov et al. Optimization of the finite-thrust trajectory in the vicinity of a circular orbit
Yu et al. A design of reconfigurable satellite control system with reaction wheels based on error quaternion model
EA201800015A1 (en) METHOD OF MANAGING THE MOVEMENT OF SPACE APPARATUS
CN104133477A (en) Adjusting control law instruction control method capable of realizing transient suppression
US10934026B2 (en) Propulsion system with differential throttling of electric thrusters
Zhang et al. A multi-agent formation control method based on bearing measurement
Ткаченко et al. THE DESIGN SHAPE AND BASIC PERFORMANCES OF SMALL SATELLITE OF SSAU AND SRP SRC “TSSKB-PROGRESS”
Любасюк et al. Computers in astronomy
Lebedev The formation of dynamic objects trajectories in conditions of control signals saturation
RU2553614C1 (en) Control method of aircraft with two and more engines-2
Yamasaki et al. Coordinated standoff flights for multiple UAVs via second-order sliding modes
RU2631736C1 (en) Method for forming lateral-directional signals of non-stationary unmanned aerial vehicle with adaptive-functional correction and a device for its implementation
Yang et al. Review on cyclic pursuit in spacecraft formation flying

Legal Events

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

Effective date: 20201229