Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Алгоритмы управления и определения движения космического аппарата с двумя нежесткими элементами

Авторы

¹Д.С. Иванов, ²С.В. Меус, ¹А.Б. Нуралиева, ²А.В. Овчинников, ¹М.Ю. Овчинников, ¹Д.С. Ролдугин, ¹ С.С. Ткачев, ¹А.И. Шестоперов, ¹С.А. Шестаков, ²Е.Н. Якимов

Организации

¹Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН
г. Москва, Российская Федерация
²АO «Информационные спутниковые системы» им. акад. М. Ф. Решетнёва»
г. Железногорск, Красноярский край, Российская Федерация

Аннотация

В работе рассмотрены алгоритмы управления и определения состояния космического аппарата с двумя нежесткими элементами. Один элемент представляет собой антенну, жестко закрепленную на корпусе аппарата. Антенна является значительным возмущающим фактором в движении космического аппарата, имея размер, в несколько раз превышающий размер корпуса аппарата, и обладая низкими собственными частотами колебаний. Второй элемент – солнечная панель. Аппарат находится на геостационарной орбите. Солнечная панель закреплена с помощью одностепенного шарнира и вращается с постоянной скоростью, обеспечивая ориентацию на Солнце. Управление и определение движения космического аппарата производятся только с помощью датчиков и актюаторов, установленных на его корпусе. Предполагается, что декремент затухания собственных колебаний нежестких элементов является нулевым. В работе приводятся алгоритмы управления, позволяющие стабилизировать всю конструкцию и обеспечить требуемую ориентацию корпуса космического аппарата или, как минимум, не увеличить амплитуды собственных колебаний нежестких элементов в процессе ориентации корпуса. Рассматривается различное количество собственных мод колебаний. Угловое движение корпуса и колебательное движение нежестких элементов конструкции определяются с использованием динамической фильтрации в режиме реального времени.

Ключевые слова

космический аппарат, управление движением, нежесткие элементы конструкции, конечно-элементная модель, собственные колебания

Список литературы

[1] Баничук Н. В., Карпов И. И., Климов Д. М., Маркеев А. П., Соколов Б. Н., Шаранюк А. В. Механика больших космических конструкций. М. : Факториал, 1997. 302 с.

[2] Junkins J., Kim Y. Introduction to Dynamics and Control of Flexible Structures. Washington : AIAA Education Series, 1993. 452 p.

[3] Ivanov D., Koptev M., Ovchinnikov M., Tkachev S., Proshunin N., Shachkov M. Flexible microsatellite mock-up docking with non-cooperative target on planar air bearing test bed // Acta Astronaut, 2018, vol. 158, pp. 357–366.

[4] Gasbarri P., Monti. R., de Angelis C., Sabatini M. Effects of uncertainties and flexible dynamic contributions on the control of a spacecraft full-coupled model // Acta Astronaut, 2014, vol. 94, issue 1, pp. 515–526.

[5] da Fonseca I. M., Bainum P. M., da Silva A. R. Structural control interaction for an LSS attitude control system using thrusters and reaction wheels // Acta Astronaut, 2007, vol. 60, no. 10–11, pp. 865–872.

[6] Hughes P. C., Abdel-Rahman T. M. Stability of Proportional-Plus-Derivative-Plus-Integral Control of Flexible Spacecraft // J. Guid. Control. Dyn., 1979, vol. 2, no. 6, pp. 499–503.

[7] Wang S. J., Cameron J. M. Dynamics and control of a large space antenna // J. Guid. Control. Dyn., 1984, vol. 7, no. 1, pp. 69–76.

[8] Hu Q. Variable structure maneuvering control with time-varying sliding surface and active vibration damping of flexible spacecraft with input saturation // Acta Astronaut, 2009, vol. 64, no. 11–12, pp. 1085–1108.

[9] Сомов Е. Робастная стабилизация упругих космических аппратов при неполном дискретном измерении и запаздывании в управлении // Известия РАН. Теория и системы управления. 2001. № 2. С. 124–143.

[10] Gasbarria P., Montia R., Campolo G., Toglia Ch. Control-oriented modelization of a satellite with large flexible appendages and use of worst-case analysis to verify robustness to model uncertainties of attitude control // Acta Astronaut, 2012, vol. 81, no. 1, pp. 214–226.

[11] Wang W., Menon P., Bates D., Bennani S. Verification and Validation of Attitude and Orbit Control Systems for Flexible Satellites // AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, 2009.

[12] Wang S. J., Lin Y. H., Ih C.-H. C. Dynamics and control of a Shuttle-attached antenna experiment // J. Guid. Control. Dyn., 1985, vol. 8, no. 3, pp. 344–353.

[13] Santini P., Gasbarri P. General background and approach to multibody dynamics for space applications // Acta Astronaut, 2009, vol. 64, no. 11–12, pp. 1224–1251.

[14] Meirovitch L., Quinn R. D. Equations of Motion for Maneuvering Flexible Spacecraft // J. Guid. Control, 1987, vol. 10, no. 5, pp. 453–465.

[15] Ovchinnikov M. Yu., Tkachev S. S., Roldugin D. S., Nuralieva A. B., Mashtakov Y. V. Angular motion equations for a satellite with hinged flexible solar panel // Acta Astronaut, 2016, vol. 128, pp. 534–539.

[16] Sesak J. R., Coradetti T. Decentralized Control of Large Space Structures via Forced Singular Perturbation // AIAA 17th Aerospace Sciences Meeting, New Orleans, 1979.

[17] Sesak J. R. Control of Large Space Structures via Singular Perturbation Optimal Control // AIAA Conf. on Space Platforms: Future Needs and Capabilities, Los Angeles, 1978.

[18] Ivanov D. S., Ovchinnikov M. Yu, Ivlev N. A., Karpenko S. O. Analytical study of microsatellite attitude determination algorithms // Acta Astronaut, 2015, vol. 116, pp. 339–348.

[19] Иванов Д. С., Меус С. В., Овчинников А. В., Овчинников М. Ю., Шестаков С. А., Якимов Е. Н. Методы определения колебательных параметров космических аппаратов с гибкими элементами конструкции // Известия РАН. Теория и системы управления. 2017. № 1. С. 98–115.

Цитирование данной статьи

Иванов Д.С., Меус С.В., Нуралиева А.Б., Овчинников А.В., Овчинников М.Ю., Ролдугин Д.С., Ткачев С.С., Шестоперов А.И., Шестаков С.А., Якимов Е.Н. Алгоритмы управления и определения движения космического аппарата с двумя нежесткими элементами // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 3. С. 132-139. doi: 10.26732/2618-7957-2019-3-132-139

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.