RU2759015C1 - Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object - Google Patents

Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object Download PDF

Info

Publication number
RU2759015C1
RU2759015C1 RU2021104315A RU2021104315A RU2759015C1 RU 2759015 C1 RU2759015 C1 RU 2759015C1 RU 2021104315 A RU2021104315 A RU 2021104315A RU 2021104315 A RU2021104315 A RU 2021104315A RU 2759015 C1 RU2759015 C1 RU 2759015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crew
size
pressurized compartment
oxygen generator
productivity
Prior art date
Application number
RU2021104315A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Фишерович Зарецкий
Эдуард Александрович Курмазенко
Владимир Юрьевич Прошкин
Андрей Евгениевич Сорокин
Игорь Александрович Шангин
Нина Владимировна Шангина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority to RU2021104315A priority Critical patent/RU2759015C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759015C1 publication Critical patent/RU2759015C1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: life support systems.
SUBSTANCE: invention relates to life support systems for manned space objects (MSO). In the proposed method, the productivity of the oxygen generator is changed in proportion to the sum of the two signals. The first signal is taken from the output of the proportional-integral controller of the mismatch between the given oxygen concentration in the atmosphere of the pressurized compartment of the MSO and the current value of this concentration. The second signal is taken from the output of the proportional regulator of the productivity of the oxygen generator according to the size of the crew in the pressurized compartment. The size of the crew is determined by the order in which the gateway door devices are triggered, or by the signal of the tag supplied to each crew member, to the control unit associated with the proportional regulator in terms of size.
EFFECT: ensuring high accuracy of stabilization of the partial pressure of oxygen in the pressurized compartment of the MSO.
3 cl

Description

Изобретение относится к способам управления газовым составом атмосферы гермоотсека для пребывания экипажа пилотируемого космического объекта, например, управление производительностью генератора кислорода.The invention relates to methods for controlling the gas composition of the atmosphere of a pressurized compartment for the stay of the crew of a manned space object, for example, controlling the performance of an oxygen generator.

Задача создания автоматизированной системы управления (АСУ) для комплекса систем жизнеобеспечения (КСЖО) на пилотируемом космическом объекте на сегодня не решена. [Jones H.W. Controls and Automation Research in Space Life Support // 49th International Conference on Environmental Systems, Boston, Massachusetts, USA, 7-11 July 2019, ICES-2019-12, pp. 12]. Численность экипажа на долговременных космических станциях практически постоянная. Изменения происходят при смене экипажа. На Международной космической станции отсутствует АСУ производительностью КСЖО как взаимосвязанной совокупности отдельных систем. Задание требуемой производительности систем в составе КСЖО (в том числе и производительности генератора кислорода) осуществляется в ручном режиме оператором на Земле или космонавтом на борту. На планетной базе это будет невозможно, т.к. там будет множество гермоотсеков для пребывания экипажа планетной базы с изменяющимся численным составом в каждом гермоотсеке. [Луна - шаг к технологиям освоения Солнечной системы. Научн. ред.: Легостаев В.П., Лопота В.А. М.: РКК «Энергия». 2011. 584 с.]The task of creating an automated control system (ACS) for a complex of life support systems (LSS) at a manned space object has not yet been solved. [Jones H.W. Controls and Automation Research in Space Life Support // 49th International Conference on Environmental Systems, Boston, Massachusetts, USA, 7-11 July 2019, ICES-2019-12, pp. 12]. The crew size on long-term space stations is practically constant. Changes occur when changing crews. At the International Space Station, there is no ACS with the performance of the LSS as an interconnected set of separate systems. The setting of the required performance of the systems as part of the LSS (including the productivity of the oxygen generator) is carried out manually by an operator on Earth or an astronaut on board. This will not be possible on a planetary base, since there will be many pressurized compartments for the crew of the planetary base with varying strengths in each pressurized compartment. [The moon is a step towards technologies for the development of the solar system. Scientific ed .: Legostaev V.P., Lopota V.A. M .: RSC Energia. 2011.584 s.]

Техническим результатом заявляемого способа является обеспечение - высокой точности стабилизации парциального давления кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта.The technical result of the proposed method is to provide - high accuracy of stabilization of the partial pressure of oxygen in the atmosphere of the pressurized compartment of a manned space object.

Заявленный технический результат достигается тем, что согласно способу управления производительностью генератора кислорода для жизнеобеспечения пилотируемого космического объекта производительность генератора кислорода изменяют пропорционально сумме двух сигналов: выходного сигнала от пропорционально-интегрального регулятора рассогласования между заданной концентрацией кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта и текущего значения этой концентрации; и выходного сигнала от пропорционального регулятора по численному составу экипажа в гермоотсеке.The claimed technical result is achieved by the fact that according to the method for controlling the productivity of the oxygen generator for the life support of the manned space object, the productivity of the oxygen generator is changed in proportion to the sum of two signals: the output signal from the proportional-integral controller of the mismatch between the given oxygen concentration in the atmosphere of the pressurized compartment of the manned space object and the current value of this concentration ; and the output signal from the proportional regulator for the size of the crew in the pressurized compartment.

Численный состав экипажа в гермоотсеке можно определять по порядку срабатывания дверных устройств переходного шлюза.The size of the crew in the pressurized compartment can be determined by the order in which the gateway door devices are triggered.

Либо для определения численного состава снабжают каждого члена экипажа меткой, которая передает сигнал в блок управления, связанный с пропорциональным регулятором по численному составу.Or, to determine the numerical strength, each crew member is provided with a label, which transmits a signal to the control unit associated with the proportional controller in terms of strength.

Главным возмущающим фактором по газовому составу атмосферы является изменение численного состава экипажа в гермоотсеке пилотируемого космического объекта. [Зарецкий Б.Ф., Морозов Г.И., Курмазенко Э.А., Прошкин В.Ю. Система управления средствами жизнеобеспечения экипажа космической станции. // Пилотируемые полеты в космос. 2015. №2. С. 49-66.] При постоянном изменении численного состава экипажа в изолированном гермоотсеке целесообразно осуществлять автоматическое регулирование производительности генератора кислорода пропорционально текущему численному составу экипажа согласно уравнению:The main disturbing factor in the gas composition of the atmosphere is the change in the size of the crew in the pressurized compartment of the manned space object. [Zaretsky B.F., Morozov G.I., Kurmazenko E.A., Proshkin V.Yu. Space station crew life support system. // Manned space flights. 2015. No. 2. Pp. 49-66.] With a constant change in the size of the crew in an isolated pressurized compartment, it is advisable to automatically control the performance of the oxygen generator in proportion to the current size of the crew according to the equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: u2(τ) - управляющий сигнал по возмущению для производительности генератора кислорода; n(τ) - численность экипажа в текущий момент времени τ; q[чел] - среднее потребление кислорода одним членом экипажа.where: u 2 (τ) is the disturbance control signal for the oxygen generator productivity; n (τ) is the number of the crew at the current time moment τ; q [people] - average oxygen consumption by one crew member.

При этом контроль численности экипажа можно осуществлять разными способами.At the same time, the control of the crew size can be carried out in different ways.

1. У гермоотсека имеется шлюз, позволяющий фиксировать выход члена экипажа наружу, или вход члена экипажа в гермоотсек. При этом в первом случае сначала срабатывает наружная дверь шлюза, а потом внутренняя. И при таком порядке срабатывания численность экипажа в гермоотсеке увеличивается на единицу. Во втором случае сначала срабатывает внутренняя дверь шлюза, а потом наружная. При таком порядке срабатывания численность экипажа уменьшается на единицу.1. The pressurized compartment has an airlock that allows you to fix the exit of a crew member outside, or the entry of a crew member into the pressurized compartment. In this case, in the first case, the outer door of the sluice is triggered first, and then the inner one. And with this order of operation, the number of the crew in the pressurized compartment increases by one. In the second case, the inner door of the airlock is triggered first, and then the outer door. With this order of operation, the number of the crew is reduced by one.

2. Каждый член экипажа снабжен электронной меткой со своим кодом. Сигнал с метки поступает в компьютер гермоотсека и таким образом контролируется численность экипажа.2. Each crew member is provided with an electronic tag with his own code. The signal from the tag goes to the computer of the pressurized compartment and thus the number of the crew is controlled.

Управлением только по возмущению трудно обеспечить заданную концентрацию кислорода, поскольку люди имеют разное потребление кислорода. Поэтому необходим пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор для согласования разницы индивидуального и коллективного потребления кислорода. ПИ-регулятор:By perturbation alone, it is difficult to achieve the target oxygen concentration because people have different oxygen consumption. Therefore, a proportional-integral (PI) controller is needed to match the difference between individual and collective oxygen consumption. PI controller:

Figure 00000002
Figure 00000002

где u1(τ) - управляющий сигнал по рассогласованию для значения производительности генератора кислорода; р1[зад] - заданное парциальное давление кислорода в гермоотсеке;

Figure 00000003
Figure 00000004
- соответственно, коэффициенты усиления пропорциональной и интегральной составляющей регулятора; р1(τ) - текущее значение парциального давления кислорода в гермоотсеке, V - объем гермоотсека, Р - общее давление атмосферы в гермоотсеке.where u 1 (τ) is the mismatch control signal for the oxygen generator productivity value; p 1 [back] - the given partial pressure of oxygen in the pressurized compartment;
Figure 00000003
Figure 00000004
- respectively, the gains of the proportional and integral components of the controller; p 1 (τ) is the current value of the partial pressure of oxygen in the pressurized compartment, V is the volume of the pressurized compartment, P is the total atmospheric pressure in the pressurized compartment.

Предлагаемый способ управления представляет собой реализацию комплексного алгоритма управления по рассогласованию и по возмущению:The proposed control method is the implementation of a complex mismatch and disturbance control algorithm:

u(τ)=u2(τ)+u1(τ) илиu (τ) = u 2 (τ) + u 1 (τ) or

Figure 00000005
Figure 00000005

Способ управления реализуемый по выражению (3) обеспечивает высокую точность стабилизации парциального давления кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта, что обеспечивает выживаемость и комфортность экипажа при надежной работе АСУ КСЖО. Это подтверждено с помощью имитационного моделирования всего контура управления парциальным давлением кислорода в атмосфере гермоотсека.The control method implemented according to expression (3) provides high accuracy of stabilization of the partial pressure of oxygen in the atmosphere of the pressurized compartment of a manned space object, which ensures the survival and comfort of the crew with reliable operation of the automated control system of the KSZHO. This is confirmed by simulation of the entire oxygen partial pressure control loop in the atmosphere of the pressurized compartment.

Реализация предлагаемого способа управления позволяет обеспечить управление в АСУ КСЖО.Implementation of the proposed control method allows to provide control in the automated control system of the residential complex.

Claims (5)

1. Способ управления производительностью генератора кислорода для жизнеобеспечения пилотируемого космического объекта, характеризующийся тем, что производительность генератора кислорода изменяют пропорционально сумме двух сигналов:1. A method for controlling the productivity of an oxygen generator for life support of a manned space object, characterized in that the productivity of the oxygen generator is changed in proportion to the sum of two signals: - выходного сигнала от пропорционально-интегрального регулятора рассогласования между заданной концентрацией кислорода в атмосфере гермоотсека пилотируемого космического объекта и текущего значения этой концентрации и - the output signal from the proportional-integral controller of the mismatch between the specified oxygen concentration in the atmosphere of the pressurized compartment of the manned space object and the current value of this concentration, and - выходного сигнала от пропорционального регулятора по численному составу экипажа в гермоотсеке.- the output signal from the proportional regulator for the size of the crew in the pressurized compartment. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что численный состав экипажа в гермоотсеке определяют по порядку срабатывания дверных устройств переходного шлюза.2. The method according to claim 1, characterized in that the size of the crew in the pressurized compartment is determined by the order in which the gateway door devices are triggered. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения численного состава снабжают каждого члена экипажа меткой, которая передает сигнал в блок управления, связанный с пропорциональным регулятором по численному составу.3. The method according to claim 1, characterized in that, to determine the size of the crew, each crew member is provided with a tag that transmits a signal to the control unit associated with the proportional controller in terms of the size.
RU2021104315A 2021-02-19 2021-02-19 Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object RU2759015C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104315A RU2759015C1 (en) 2021-02-19 2021-02-19 Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104315A RU2759015C1 (en) 2021-02-19 2021-02-19 Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759015C1 true RU2759015C1 (en) 2021-11-08

Family

ID=78466711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021104315A RU2759015C1 (en) 2021-02-19 2021-02-19 Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759015C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93031668A (en) * 1993-06-15 1995-10-27 Специальное конструкторское бюро котлостроения METHOD OF UTILIZATION OF HYDROGEN AND OXYGEN, BROKEN FROM CAVITIES OF ELECTROCHEMICAL GENERATOR OF HYDROGEN OXYGEN TYPE OF UNDERWATER APPARATUS, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP2000314542A (en) * 1999-04-30 2000-11-14 Kikuchiseisakusho Co Ltd Oxygen-enriched environmental apparatus
RU2338961C2 (en) * 2003-05-28 2008-11-20 Лауфей ЛИН Method and plant for air quality improvement in restricted space
US20190256229A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-22 Genesis Engineering Solutions, Inc. Single-person spacecraft

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2085436C1 (en) * 1993-06-15 1997-07-27 Специальное конструкторское бюро котлостроения Method of utilization of hydrogen and oxygen blown from chambers of electro- chemical hydrogen-and-oxygen type generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU93031668A (en) * 1993-06-15 1995-10-27 Специальное конструкторское бюро котлостроения METHOD OF UTILIZATION OF HYDROGEN AND OXYGEN, BROKEN FROM CAVITIES OF ELECTROCHEMICAL GENERATOR OF HYDROGEN OXYGEN TYPE OF UNDERWATER APPARATUS, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP2000314542A (en) * 1999-04-30 2000-11-14 Kikuchiseisakusho Co Ltd Oxygen-enriched environmental apparatus
RU2338961C2 (en) * 2003-05-28 2008-11-20 Лауфей ЛИН Method and plant for air quality improvement in restricted space
US20190256229A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-22 Genesis Engineering Solutions, Inc. Single-person spacecraft

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОСМОНАВТИКА. Энциклопедия. Гл. ред. В.П. Глушко. М. ИЗД. "СЭ". 1986, ст. "Система жизнеобеспечения" (с.353). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Koons et al. A neural network model of the relativistic electron flux at geosynchronous orbit
RU2759015C1 (en) Method for automatic control of the oxygen generator productivity in the life support system of a manned space object
US10489526B1 (en) Adaptive control for simulator input generation
Garg et al. Solar panel area estimation and optimization for geostationary stratospheric airships
Sevinov et al. Synthesis algorithms for adaptive-modal control systems for technological objects with delays
Prado et al. Classification of swing-by trajectories using the Moon
RU2414037C1 (en) Independent photovoltaic electric power supply system
JP2002005488A (en) Indoor environment control system
Anandakumar et al. Adaptive energy control of longitudinal aircraft dynamics
Lee et al. Experimental Flight Testing of a Fault-Tolerant Adaptive Autopilot for Fixed-Wing Aircraft
Estublier The SMART-1 spacecraft potential investigations
Gurfil Milankovitch–Lyapunov Geostationary Satellite Stationkeeping
Dougherty Sixty years of Australia in space
Motter et al. Neural control of the NASA Langley 16-foot transonic tunnel
Eroshenko et al. Very-short term solar power generation forecasting based on trend-additive and seasonal-multiplicative smoothing methodology
Spörl et al. Mission planning system for the TET-1 OnOrbitVerification mission
Anshakov et al. Mathematical models of station keeping for low orbit spacecraft with electric propulsion and limited power supply
Rees et al. Modelling the response of the thermosphere/ionosphere system to time dependent forcing
De Juana et al. High fidelity end-to-end orbit control simulations at eumetsat
Schubert et al. Overview of the EDEN ISS Project. Mobile Test Facility: Analogue Testing of Plant Cultivation
Chelazzi et al. Evidence for a sun compass in city pigeons (Columba livia)
PL439039A1 (en) Method of planning flight tasks for unmanned aerial vehicles
Cooper Concept of adaptability in space modules
Wu et al. Decentralized iterative learning control schemes for large scale systems with unknown interconnections
Pedro et al. A Systematic Performance-oriented Tuning for Space Exploration Descent Landing Guidance