РАЗДЕЛ 2.
УПРАВЛЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОЙ СИСТЕМОЙ ГИРОДИНОВ ПРОИЗВОЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
Одной из принципиальных задач реализации гиросилового управления ориентацией
КЛА является управление каждым гиродином в отдельности в условиях их
согласованной работы в силовом гироскопическом комплексе.
Сложность этой задачи обусловлена тем, что управляющие возможности
гироскопического комплекса в целом существенно зависят от взаимного
расположения в нем собственных кинетических моментов гиродинов и быстро
меняются в процессе управления. При этом локальная оптимизация управления
вращением КЛА (т.е. оптимизация для текущего момента времени) почти всегда
приводит к ухудшению управляющих возможностей гиросистемы для последующих
моментов времени. Поэтому задача управления СГК по своей природе является
многокритериальной.
С другой стороны, избыточность системы по количеству входящих в нее гиродинов
определяет неоднозначность решения задачи управления СГК и открывает
возможность его оптимизации. В этих условиях центральным вопросом
оптимизационного подхода является выбор критериев оптимизации и их обоснование
с точки зрения практической целесообразности.
Сформулируем в качестве практически значимых основные требования, предъявляемые
к управлению СГК:
1. Эволюция гиродинов в СГК должна в каждый момент времени реализовывать
управляющий момент, обеспечивающий требуемое вращение КЛА.
2. Искомая скорость прецессии ГД должна удовлетворять условию
. (2.1)
3. Текущее управление ГД не должно приводить гиросистему в особые состояния,
сопровождающиеся потерей управляющих возможностей СГК, либо обеспечивать их
проходимость.
4. По окончании маневра переориентации КЛА необходимо привести СГК в
благоприятную конфигурацию, близкую к исходной. Такая конфигурация обеспечит
высокую эффективность гиросистемы для последующих угловых маневров КЛА. Кроме
того, достигаемая при этом независимость угловых маневров по граничным
состояниям гиросистемы позволяет ввести гарантированные оценки эффективности
разрабатываемых алгоритмов управления.
Первое требование можно назвать функциональным, второе - условием
реализуемости управления, третье и четвертое - специальными требованиями.
В первой разделе уже дан краткий анализ известных из литературы подходов к
решению задачи управления СГК. Для большинства из них характерным является
интерпретация третьего требования в качестве оптимизируемого функционала, а
первого и второго требований - как ограничений в задаче оптимизации.
Известен также алгоритм [72], полученный на основе решения задачи . При этом
первое и второе требования учитываются как ограничения, а удовлетворение
третьему требованию достигается путем реализации гиродинами «нуль-поворотов»,
т.е. их согласованной перестройкой в процессе управления, не влияющей на
вращение КЛА.
Следует заметить, что стремление обеспечить благоприятную конфигурацию СГК в
течение всего процесса переориентации, характерное для перечисленных
алгоритмов, противоречит достижению максимального быстродействия самой
переориентации, т.к. последнее практически всегда сопровождается приведением
гиросистемы в особые состояния.
В данной работе предлагается синтезировать алгоритм управления отдельными ГД на
основе минимизации нового критерия, соответствующего ресурсу, выделяемому на
реализацию управляемого вращения. Под ресурсом ГД здесь и далее понимается
сообщаемая гиродину скорость прецессии. При этом предлагается оставшийся ресурс
ГД путем реализации «нуль-поворота» использовать для достижения в конечный
момент времени благоприятной конфигурации СГК.
Преимущества такого подхода состоят в следующем:
* если существует хотя бы одно допустимое управление ГД, обеспечивающее
требуемое вращение КЛА, оно будет найдено;
* введенный критерий способствует высокому быстродействию переориентации КЛА,
поскольку не препятствует приведению СГК в особые состояния, но при этом
обеспечивается их проходимость;
* обеспечивается благоприятная конфигурацию СГК по окончании маневра.
Перейдем к формальному решению задачи управления СГК.
2.1. Принцип гиросилового управления вращением КЛА
Силовой гироскопический комплекс представляет собой систему избыточного числа
(более трех) двухстепенных силовых гироскопов (гиродинов), организованную в
некоторую структуру.
Каждый гиродин конструктивно состоит из вращающегося с постоянной скоростью
ротора и рамки, поворачивающейся с регулируемой скоростью вокруг так называемой
оси прецессии (рис.2.1). Таким образом, ГД является носителем постоянного по
модулю кинетического момента . При вращении рамки вокруг оси прецессии
кинетический момент меняется свое направление в плоскости, ортогональной оси
прецессии. Текущее положение ГД при этом характеризуется углом поворота вокруг
оси прецессии – углом прецессии, отсчитываемом от некоторого положения.
Управление СГК осуществляется путем одновременного поворота кинетических
моментов всех ГД с заданными скоростями прецессии.
Рис. 2.1. Схема двухстепенного силового гироскопа
В СГК гиродины организуются определенным образом. Под схемой СГК будем понимать
взаимное расположение осей прецессии ГД, выбираемое на этапе проектирования
системы управления. Наиболее известные схемы минимально-избыточных СГК, т.е.
комплексов, состоящих из четырех ГД, - компланарная схема, в которой все оси
прецессии лежат в одной плоскости, и тетраэдрная схема, в которой оси прецессии
ортогональны граням тетраэдра (рис 2.2).
Рис. 2.2. Компланарная и тетраэдрная схемы СГК
Обе из упомянутых схем в дальнейшем используются при моделировании процесса
гиросилового управления.
В основе
- Київ+380960830922