Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Повышение статической и динамической точности управления механизмом параллельной структуры космического назначения

Авторы

С.А. Матвеев, Н.С. Слободзян, А.А. Киселев, Ю.А. Жуков, Е.Б. Коротков

Организация

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация

В статье рассмотрены методы повышения статической и динамической точности управления мехатронного устройства параллельной структуры космического назначения типа гексапода (платформа Гью-Стюарта). Описано решение обратной задачи кинематики и обоснована необходимость решать прямую задачу кинематики численными методами. В ходе исследований выявлено, что основной источник ошибок позиционирования гексапода без основной обратной связи – это его линейные приводы, имеющие систематические погрешности в механической части линейной передачи, редуктора, в расположении обмоток двигателя; температурные ошибки, обусловленные изменением размеров деталей за счет нагрева или охлаждения; ошибки, вызванные упругими деформациями под действием нагрузки. Для повышения статической точности гексапода предлагается ряд как конструктивных, так и программных решений: предварительный натяг механической передачи, индивидуальная калибровка каждого привода, компенсация температурных расширений и др. Для повышения динамической точности предлагается применение способа управления линейными приводами в следящем режиме наряду с обеспечением траектории движения платформы с ограничением скорости ее движения и производных скорости. Применение указанных методов позволяет значительно улучшить точность работы механизмов параллельной структуры и, тем самым, приблизиться к достижению предельных качественных свойств бортовых оптико-электронных и информационных систем космических аппаратов и станций.

Ключевые слова

механизм параллельной структуры, гексапод, платформа Стюарта, статическая точность, динамическая точность, погрешность, компенсация ошибок, траекторное управление

Список литературы

[1] Тестоедов Н. А. Сибирский центр российского спутникостроения // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2012. № 2. С. 126–139.

[2] Космическая обсерватория «Миллиметрон» [Электронный ресурс]. URL: http://millimetron.ru (дата обращения: 01.03.2023).

[3] Lightsey P., Atkinson Ch., Clampin M., Feinberg L. James Webb Space Telescope: Large deployable cryogenic telescope in space // Optical Engineering. 2012. vol. 51. issue 1. 011003. doi: 10.1117/1.OE.51.1.011003.

[4] Жуков Ю. А., Лычагин Ю. В., Слободзян Н. С. Решение задач кинематики гексапода в реальном времени // Материалы III Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. 2017. С. 87–91.

[5] Sayapin S. N., Artemenko Y. N. Intelligence System for Active Vibration Isolation and Pointing of UltrahighPrecision Large Space Structures in Real Time. Springer International Publishing. pp. 103–115.

[6] Дорофеева Е. С., Мирзаев Р. А., Смирнов Н. А. Механизмы ориентации антенн космических аппаратов // Сб. материалов конф. «Актуальные проблемы авиации и космонавтики». 2014. Т. 1. №. 10. С. 83–84.

[7] Kong Y., Huang H. Vibration isolation and dual-stage actuation pointing system for space precision payloads // Acta Astronautica. 2018. vol. 143. pp. 183–192. doi: 10.1016/j.actaastro.2017.11.038.

[8] Джукич Д. Й., Жуков Ю. А., Коротков Е. Б., Мороз А. В., Слободзян Н. С. Цифровое управление гексаподом на основе обратной модели динамики с реализацией на радиационно стойком ARM-микроконтроллере // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 7. С. 103–110.

[9] Жуков Ю. А., Коротков Е. Б., Слободзян Н. С., Яковенко Н. Г. Оценка решения задач кинематики в системе управления механизмом с параллельной кинематикой космического применения на базе гексапода // Оборонная техника. 2017. № 9. С. 29–37.

[10] Dietmaier. The Stewart-Gough Platform of General Geometry can have 40 Real Postures // Journal of Mechanical Design. 1998. vol. 115. no. 2. pp. 277–282.

[11] International Space Station (ISS) Researcher’s Guide [Электронный ресурс]. URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/NP-2015-03-015-JSC_Space_Environment-ISS-Mini-Book-2015-508.pdf (дата обращения: 01.03.2023).

[12] Матвеев С. А., Коротков Е. Б., Слободзян Н. С., Жуков Ю. А., Киселев А. А. Прецизионное управление шестистепенным механизмом с параллельной кинематикой космического назначения на основе компенсации кинематических и температурных ошибок // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2020. № 2. С. 12–20.

[13] Слободзян Н. С. Позиционное управление линейным приводом мехатронного устройства с параллельной кинематикой // Вопросы радиоэлектроники. 2020. № 9. С. 6–13.

[14] Lambrechts P., Boerlage M., Steinbuch M. Trajectory planning and feedforward design for electromechanical motion systems // Control Engineering Practice. 2005. vol. 13. no. 2. pp. 145–157.

[15] Артеменко Ю. Н., Агапов В. А., Дубаренко В. В., Кучмин А. Ю. Групповое управление актуаторами контррефлектора радиотелескопа // Информационно-управляющие системы. 2012. № 4 (59). С. 2–9.

[16] Жуков Ю. А., Коротков Е. Б., Мороз А. В. Кинематическое управление гексаподом космического применения // Материалы Всерос. науч.-техн. конф. «Интеллектуальные системы, управление и мехатроника». 2018. С. 67–71.

[17] Beiki M., Irani-Rahaghi M. Optimal trajectory planning of a six DOF parallel Stewart manipulator // 6th RSI International Conference on Robotics and Mechatronics (IcRoM). 2018. pp. 120–125.

Цитирование данной статьи

Матвеев С.А., Слободзян Н.С., Киселев А.А., Жуков Ю.А., Коротков Е.Б. Повышение статической и динамической точности управления механизмом параллельной структуры космического назначения // Космические аппараты и технологии. 2023. Т. 7. № 2. С. 116-125. doi: 10.26732/j.st.2023.2.04

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