Разработка алгоритмов контроля и диагностики системы управления ориентацией космического аппарата
Дипломная работа - Математика и статистика
Другие дипломы по предмету Математика и статистика
? углам вращения летательного аппарата, что характерно для космических полетов [12].
БИС, как и любая инерциальная система управления летательным аппаратом, состоит из двух подсистем [12, 13, 14], которые, в свою очередь, именуются навигационной системой и системой стабилизации [12]. Задача навигационной системы определить начальное положение летательного аппарата и программу полета (курс, высоту, скорость, угол тангажа) [12, 14]. Задача системы стабилизации обеспечить управление рулями и тягой таким образом, чтобы выполнить задаваемую программу полета с требуемой точностью [1, 15]. Проводя аналогию с неавтоматической системой управления можно сказать, что навигационная система выполняет функции штурмана, а система стабилизации функции летчика. При автоматизации функций летчика прежде всего он освобождается от задачи демпфирования колебаний аппарата, возникающих при изменении программы полета и действии внешних возмущений [10].
Задачей теории полностью автоматизированной системы стабилизации - является обоснование выбора законов управления [3, 10, 16], т. е. соотношений, связывающих разность между измеренными текущими и программными значениями параметров движения летательного аппарата с командами на органы управления. Законы управления в современных системах стабилизации летательных аппаратов, помимо обеспечения точности, устойчивости и определенного характера переходного процесса в системе, должны оптимизировать определенные критерии. Поэтому эти законы все чаще становятся не только неголономными, но и нелинейными [1, 3, 4, 9, 17].
В платформенных системах физически реализуются углы между осями инерциального базиса и осями измерительной системы. Эти углы непосредственно и являются параметрами управления. т. е. функциями, служащими основой для получения команды на рули после преобразований в соответствии с законом управления [9, 12]. В бесплатформенной системе стабилизации связь между инерциальным и измерительным базисами выражается в процессе вычислений через параметры, которые не могут непосредственно служить параметрами управления, поэтому теория бесплатформенных систем стабилизации содержит методы получения параметров управления как функций вычисляемых параметров связи [12].
Специфика бесплатформенной системы стабилизации в отношении математического описания объекта стабилизации состоит в том, что уравнения движения космического аппарата должны быть записаны через измеряемые датчиками параметры и через параметры связи. Это упрощает замыкание систем уравнений стабилизации [9, 12, 16, 17]. И еще одна особенность теории бесплатформенных систем стабилизации необходимость разработки методов синтеза алгоритмов, обеспечивающих вычисление параметров связи в реальном времени, а также анализа системы ошибок, сопровождающих эти вычисления [18, 19, 20].
Широкое развитие и применение гироскопических систем и приборов ориентации и навигации летательных аппаратов [1, 3, 15, 21], судов, подводных лодок и других подвижных объектов обязано свойству их автономности, которое заключается в том, что приборы и системы, основанные на применении гироскопов, в отличие от радиолокационных и оптических систем ориентации и навигации, определяют положение подвижных объектов без каких-либо физических связей с Землей, не защищенных от внешних искусственных воздействий, создающих помехи в работе этих систем или приводящих к полному нарушению их работоспособности [3, 21].
В бесплатформенных (бескарданных) системах ориентации чувствительными элементами являются гироскопические датчики первичной информации, измеряющие углы или угловые скорости поворота КА и линейные ускорения (акселерометры). Эти датчики устанавливаются непосредственно на борту КА и работают совместно с цифровой вычислительной машиной, непрерывно производя расчет углов курса, крена и тангажа или иных параметров, определяющих ориентацию КА относительно базовой системы координат [1, 9, 21].
Бесплатформенные системы характеризуются жестким закреплением чувствительных элементов (гироскопов, акселерометров) на борту КА [1, 9]. Таким образом, принцип построения бесплатформенной системы ориентации (БСО) состоит в аналитическом построении расчетной системы координат на основе информации первичных датчиков. Математические расчеты проводятся при этом в процессе движения ЕА на бортовой ЦВМ и специальных вычислителях. Наличие блока гироскопов в типовой схеме БСО связано с решением задачи ориентации [9, 12, 15].
Возможность построения реальных конструкций и схем БСО обусловлена современным уровнем развития цифровой вычислительной техники. БСО присущи следующие отличительные признаки [15]:
- отсутствие ошибок, связанных с погрешностями стабилизации собственно платформы;
- отсутствие эффекта складывания рамок и, как следствие, отсутствие ограничений на угловые маневры КА;
- упрощение механической части, уменьшение габаритов, массы и энергоемкости системы за счет отсутствия карданова подвеса;
- потенциальное повышение надежности за счет резервирования.
Однако в таких схемах в большей степени сказываются погрешности, связанные с чувствительными элементами, поскольку они работают в более жестких условиях по сравнению с такими же элементами в платформенных системах [9, 12, 21].
Коэффициенты моделей ошибок определяются конструктивными или геометрическими характеристиками чувствительных элементов, в частности, датчиков. Величина погрешностей датчиков первичной информац