Разработка алгоритмов контроля и диагностики системы управления ориентацией космического аппарата

Страница 2

На базі розроблених алгоритмів та прийнятої моделі космічного апарату, розроблено програмний комплекс з використанням середовища візуального програмування DELPHI 7 та CAD системи візуального моделювання VisSim 5, які дозволяють у повному обсязі моделювати складні фізичні процеси з урахуванням усіх параметрів як для пружної моделі так і для абсолютно твердого тіла.

Проведене модулювання показало високу ефективність розроблених алгоритмів, що дозволяє їх використовувати на практиці.

Список ключових слів: СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ, КОСМІЧНИЙ АПАРАТ, ЗАКОН УПРАВЛІННЯ, АЛГОРИТМ КОНТРОЛЮ.

THE ABSTRACT

Volume 169 pages, case histories 71, tables 18, references 37.

The problem constructing of attitude of an elastic space vehicle with allowance for of moments of external forces, possibility of failures of command instruments, such as a gyroscopic meter of angular-velocity vector and cutting heads, such as motor engines of stabilizing large and low-thrust is esteemed.

The purpose of operation: mining of check algoriths and diagnostic of the attitude control system of a space vehicle.

The algoriths of constructing by attitude of an elastic space vehicle, algorith of stabilizing of jet engines of a management system of a space vehicle, algorith of identifying of failures of motor engines of stabilizing are designed. The pattern of an elastic space vehicle with allowance for of aerodynamic and gravitation moment is designed. In a control law are injected a possibility of extinguishing of noises, with usage of a hysteresis or space on time, both for motor engines of large draught, and for verniers. For simulation of failures of one of motor engines of stabilizing is designed and the algorith of incomplete draught is introduced into a check algorith -. The mathematical model of a gyroscopic meter of angular-velocity vector and check algorith of countermeasure feelers of the sensor is designed.

On the basis of designed algoriths and accepted pattern of a space vehicle, the programmatic complex, with applying of environment of visual programming DELPHI 7 and CAD of a system of visual simulation VisSim 5, permitting to the full is designed to model difficult(complex) physical processes with allowance for of all arguments both for the elastic pattern, and for absolute solids.

The held simulation has shown high performance of designed algoriths, that allows them to put into practice.

The agenda of keywords: a management SYSTEM, SPACE VEHICLE, CONTROL LAW, CHECK ALGORITHM.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АНУ – алгоритм начальной установки;

БИНС – бесплатформенная инерциальная навигационная система;

БСК – базовая система координат;

БСО – бесплатформенная система ориентации;

БЦВМ – бортовая вычислительная машина;

БЦК – бортовой цифровой комплекс;

ВСК – визирная система координат;

ГИВУС – гироскопический измеритель вектора угловой скорости;

ГО – гражданская оборона;

ДБТ – двигатели большой тяги;

ДМТ – двигатели малой тяги;

ДС – двигатели стабилизации;

ДУС – датчик угловой скорости;

ИНС – инерциальная навигационная система;

ИО – исполнительные органы;

ИПП – индивидуальный противохимический пакет;

КА – космический аппарат;

ЛА – летательный аппарат;

ММ – математическая модель;

НИР – научно-исследовательская работа;

НКА – научный космический аппарат;

НТЭ - научно-технический эффект;

ОВ – отравляющие вещества;

ОП – опасная продолжительность;

ОУ – объект управления;

ПЗ – полетное задание;

ПО – признак отказа;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ПСК – приборная система координат;

СБ – солнечные батареи;

СГК – силовой гироскопический комплекс;

ССК – связанная система координат;

СУО – система управления ориентацией;

УВВ – устройство ввода-вывода;

ФОВ – фосфороорганические отравляющие вещества;

ЦВМ – центральная вычислительная машина;

ЧЭ – чувствительный элемент;

ЭВМ – электронная вычислительная машина;

ЭМИ – электромагнитный импульс;

ЭЭ – экономический эффект.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ…………………………………………… .
2 СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИЕЙ КА НА БАЗЕ БИНС… .
2.1 Бесплатформенные инерциальные навигационные системы…… .
2.2 Гироскопический измеритель вектора угловой скорости…………
3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ………………….…………………… .
3.1 Математическая модель упругого космического аппарата……… .
3.2 Моменты, действующие на космический аппарат……… .………
3.2.1 Аэродинамический момент…………………………………….
3.2.1.1 Аппроксимация стандартной атмосферы…………….
3.2.1.2 Построение аппроксимирующего полинома для плотности земной атмосферы…………………………
3.2.2 Гравитационный момент……………………………………….
3.3 Математическая модель ГИВУС……………………………………
4 АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И КОНТРОЛЯ СУО И СТАБИЛИЗАЦИИ КА……………………………………………………
4.1 Синтез наблюдателя Льюинбергера…………………………………
4.2 Алгоритм оценки угловой скорости…………………………………
4.3 Алгоритм обработки и контроля информации ГИВУС…………….
4.4 Алгоритм стабилизации………………………………………………
4.5 Решение задачи идентификации отказов……………………………
4.6 Метод статистически гипотез……………………………………… .
4.7 Алгоритм контроля отказов ДС при неполной тяге……………… .
5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ…………………
5.1 Моделирование отказов ГИВУС……………………………………
5.2 Моделирование отказов ДС…………………………………………
6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………… ……………………….
6.1 Обзор существующих методов………………………………
6.2 Смета затрат на НИР……………………………………………… .
6.3 Расчет научно-технического эффекта…………………………… .
6.4 Расчет экономического эффекта………………………………… .
6.5 Заключение…………………………………………………………
7 ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА……………… .……………………………
8 ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ …….……………….…
8.1 Общие вопросы охраны труда…………………………………………
8.2 Производственная санитария………………………………………….
8.3 Техника безопасности………………………………………………….
8.4 Пожарная безопасность……………………………………………… .
8.5 Охрана окружающей среды……………………………………………
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………….………………………………………….
Список источников информации…………………………………… .
Приложение А………………………………………………………………
Приложение Б………………………………………………………………
Приложение В………………………………………………………………
Приложение Г………………………………………………………………
Приложение Д………………………………………………………………
11
12
15
23
28
35
35
39
39
45
47
48
56
62
62
64
72
80
86
89
93
96
99
101
103
104
106
108
109
113
114
123
123
127
131137139141142
145
147
156
158
161
ВВЕДЕНИЕ
Системы управления, относятся к разряду сложных систем с большим количеством элементов, которые подвержены отказам. Одним из основных требований, предъявляемых к системе управления, является ее высокая надежность.
Отказ реактивных двигателей стабилизации системы управления ориентацией космического аппарата, может приводить к не выполнению целевой задачи, а отказ типа «неотключение» двигателя, кроме того, может приводить к большим потерям рабочего тела и раскрутке космического аппарата до недопустимых угловых скоростей.
Отказы чувствительных элементов гироскопического измерителя вектора угловой скорости, могут приводить к не выполнению задачи системы управления ориентацией космического аппарата.
Существующие методы контроля работоспособности ДС являются достаточно грубыми, чтобы выявлять отказ типа "неотключение" при наличии остаточной неполной тяги двигателя на фоне действия внешних возмущающих моментов (гравитационных, аэродинамических и др.). Поэтому разработка алгоритмов идентификации отказов двигателей стабилизации, особенно отказов с неполной тягой при наличии шумов измерений и действии внешних возмущающих воздействий, является актуальной задачей.