Способ управления угловым положением космического аппарата при помощи инерционных исполнительных органов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(73) Киевский политехнический институт (56) Раушенбах Б,В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М.: Наука, 1974, с. 128-130.Алексеев К.Б. и Бебенин Г.Г, Управление космическими летательными аппарата- . ми. М.: Машиностроение, 1974, с. 218-225. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УГЛОВЫМ ПО-, ЛОЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА ПРИ ПОМОЩИ ИНЕРЦИОННЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ Изобретение относится к способам управления угловым положением космического аппарата и может быть использовано в прецизионных системах управления, исполнительными органами которых являются электромаховичные двигатели (ЭМД).Известны способы управления ориентацией в пространстве космических аппаратов (КА), в которых управляющие моменты создают с помощью реверсивных управля- ющих маховиков или ЭМД,В известных способам к корпусу КА прикладывают управляющий момент в функции отклонения текущего углового положения КА от требуемого при помощи инерционно)Ы 178222(57) Изобретение относится к способам управления угловым положением космического аппарата и может быть использовано а прецизионных системах управления, исполнительными органами которых являются электромаховичные двигатели, Целью изобретения является повышение точности и зкономии энергозатрат в условиях действия знакоперемен ного возмущающего момента. Поставленная цель достигается тем, что фиксируют в момент достижения кинетическим моментом инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент, порогового значения его полярность; дополнительный управляющий момент создают при помощи дополнительного инерционного исполнительного органа, работающего в режиме поддержания заданной скорости вращения, Д определяемой в соответствии с приведенной зависимостью. 1 ил,Ф а го исполнительного орган кущее значение кинети инерционного исполнител здающего управляющий м ют это текущее значен значением, при превыше чением кинетического мо значения уменьшают кин инерционного органа, соэ ющий момент, до номин путем приложения к кор тельного управляющего мИспользование инерц тельных органов вместо бенно эффективно при дли а, определяют теческого моментаьного органа, соомент, сравниваие с пороговым нии текущим знамента порогового етический момент дающего управляального значения пусу КА дополниомента.ионных исполниреактивнцх осотельных режимахориентации в условиях действия знакопеременного возмущающего момента, т. к, приэтом экономится рабочее тело для реактивных двигателей: рабочее тело тратится только на компенсацию действия постояннойсоставляющей возмущающего момента.Однако для получения Выш 8 указаннОГОположительного эффекта необходимо произВодить уменьшение кинетического моментаинерционного органа до номинального припомощи реактивных двигателей через интервалы времени Ту, кратные периоду изменения возмущающего момента Тв, т. е. Ту = КТв,где К - целое число. Период изменениявозмущающего момента Тв может бытьбольшим, например равным периоду обра щения КА вокруг планеты.Таким образом, недостатком известныхспОсобОВ яВляется то, что при их использо"вании необходимо производить уменьшение кинетического момента инерционногооргана через большие интервалы времени,а следовательно, необходимо предусмотреть большую величину порогового значениякинетического момента. Пороговое значениекинетического момента должно быть больше,чем амплитуда кинетического момента, вызванная действием переменной составляющей возмущающего момента, Этообстоятельство приводит к невозможностиобеспечения прецизионной орйектации КАиз-за нестабильности по времени моментной,характеристики исполнительного органа инеозможноси создания соль УГОДНО малоГО и салол угодно точноГО дозироВания управляющего момента.. ц известныхспособах с ГГбМоО 4 ьюинерционного исполнительного органа вь 1 полняют одновременно две Функции:оказывают управляющее воздействиена корпус КА;накапливают в нем кинетический момент из-за воздействия на корпус КА Внешних Возмущающих моментов, освобождаятаким образом корпус КА от ВышеуказанноГО кинетическОГО мОмента,Кинетический момент К, который накапливает инерциокный исполнительный орган,например ЭМД, в режиме прецизионной ориентации равенК3 Мвг 1огде- момент инерции маховика; в - скорость вращения маховика относительно корпуса КА абсолютным значением скОрости вращения корпуса КА в режиме прецизионной ориентации по сравнению с а можно пренебречь), Мв - внешний возмущающий момент; т - время.Несмотря на то, что внешние возмущающие моменты Мв, как правило, малы и имеют перисдическуо составляющую, из-за длительного времени работы амплитуды К, а следовательно, 3, может быть большой, Это требует использования ЭМД или с большимИли с большим инт 8 рвалОм рабочих скоростей + в, или с большими + вп одновременно. Большомусоответствует большой момент сопротивления вращению маховика Мс, который при выключенном ЭМД возмущает корпус КА. На большом интервалев увеличивается нестабильность моментной характеристики ЭМД, т, к.электродвигатели любого типа постоянноготока, асинхронные и даже гистерезисные) развивают оет, засй от сорос20. вращения их якоря или ротора. Кроме того,при больших в даже при малых размерах маховика ЗМД (малый ) увеличивается аэродинамическое сопротивление, а следовательно, и Мс Для возможности управления ориентацией необходимо, как минимум,чтобы электромагнитный момент Мэ ЭМД превосходил момент сопротивления вращению маховика Мт. к. Мс обычно больше, чем внешний возмущающий момент М Длянадежности можно допустить, чтобы Мэ2 МсТаким образом, из неравенства (2) следует, что минимальное значение управляющего момента, которое можно достичь, равно и колеблется в процессе управления в следующих пределах4 О Му= Мэ +Мс=(1+3)Мс.Р)Для Возможности обеспечения малыхэначекий управляющего момента Му и с малыми колебаниями по величине для прецизионного режима необходимо использовать45 ЗМД с малым моментом сопротивления, аследовательно, с малыми +й Но в этомслучае невозможна длительная работа, т. к.по мере накопления кинетического моментаК согласно выражению (1), в выйдет заБО пределы 4-в и необходимо будетчасто производить уменьшение накопленного кинетического момента К, растрачивая понапраснурабочеетело на усранение не постоянной, какэто разумно делать, а переменной составляю% щей кинетического момента, создаваемойдействием знакопеременного возмущаощегомом 8 нта,Целью изобретения является повыше-,ние точности управления угловым положением КА и экономии энергозатрат в условиях действия знакопеременного возмущающего момента.Поставленная цель достигается тем, что фиксируют в момент достижения кинетическим моментом инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент, порогового значения его полярность, дополнительный управляющий момент создают при помощи дополнительного инерционного исполнительного органа, работающего в режиме поддержания заданной скорости вращения, определяемой в соответствии со следующей зависимостьюИ --- (и - щ),К где К - пороговое значение кинетического момента инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент;1 н - момент инерции дополнительного инерционного исполнительного органа;п, а - количество случаев превышения кинетическим моментом инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент, порогового значения положительной и отрицательной полярности соответственно.На чертеже изображена моментная характеристика инерционного исполнительного органа, при этом аьх - скорость холостого хода или синхронная скорость, . йЬ - приемлемый для управления диапазон в в части стабильности электромагнитного момента Мэ и момента сопротивления вращению МсИзобретение выполняется следующим образом.С целью создания малого по величине управляющего момента выбирают инерционный исполнительный орган малой мощности с малым моментом. инерции 1, а следовательно, с малым моментом сопротивления вращению. Исходя из конфигурации моментной характеристики выбранного инерционного исполнительного органа, а также учитывая зависимость его момента сопротивления от скорости щ, определяют приемлемый рабочий диапазон скоростей + вп, так чтобы на этом диапазоне сохранялась требуемая зависимость электромагнитного момента Мэ от скорости, например, чтобы Мэ = сопз 1 с определенной степенью точности или крутопадающая характеристика для автоматического внесения в процесс управления элемента затухания колебаний.Вначале, когда накопленный КА кинетический К=11,1, управляюториен 4З 0 гдеКи = 1 ы и- пороговое значениекинетического момента инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент,Дополнительный момент Мд при измеЗ 5 нении скорости вращения дополнительногоинерционного исполнительного органа ра- вен Мд=1 н й,(5) 40где И - производная ат ЙДля того, чтобы этот дополнительнцймомент Мд не нарушил прецизионную ориентацию, он должен быть меньше, чем уп равляющий момент основного инерционногоисполнительного органа. Это условие достигается обеспечением соответствующей скорости изменения частоты питания, т. к,50 0 =С 1,где С - коэффициент пропорциональности,Й=О . (7)55 С учетом (7) иэ (5) допустимая скорость изменения частоты питания дополнительного инерционного исполнительного органа не должна превышать следующей величины тацией КА любым выбранным способом и при этом определяют К, измеряя и и умножая ее на известный измеренный на Земле момент инерции. Если с течением времени 5 из-за внешних возмущающих моментов накопленный кинетический момент станет равным К 1= Ь = 1 ип 1, то фиксируют его полярность (положительная или отрицательная) и создают дополнительный управля ющий момент при помощи дополнительногоинерционного исполнительного органа, Таким дополнительным инерционным исполнительным органом, например, может быть ЭМД гистерезисного типа, синхронная ско рость которого определяется частотой питания его обмоток. Дополнительный инерционный исполнительный орган может уже иметь большой момент инерции 1 н и большой диапазон рабочих скоростей й аъ, а 20 следовательно, большой момент сопротивления, Медленно изменяя частотупитания такого дополнительного инерционного исполнительного органа, добиваются того, .чтобы скорость вращения его маховика ста ла равной:1782221 авитель Г.Анупед М,Моргента нко рактор Техр л Корректор О, Юрковецкал аказ 4287. ВНИИПИ Г оерытиям при ГКНТ СССР Подптениям и оская наб., 4 Тиражрственного ко113035, Мо тета по изоб ва, Ж, Ра жгород, ул,Гагарина, 101 оизводственно-издательский комбинат "Патент дит к экономии расхода электроэнергии, т, к. она будет расходоваться только на компенсацию воздействия иа КА постоянной составляющей возмущающего момента. Переменная составляющая возмущающего момента приводит тольо к колебаниям кинетического момента внутри дополнительного инерционного исполнительного органа.Формула изобретения Способ управления угловым положением космического аппарата при помощи инерционных исполнительных органов, включающий приложение в корпусу космического аппарата(КА) управляющего момента в функции отклонения текущего углового положения КА от требуемого при помощи инерционного исполнительного органа, определение текущего значения кинетического момента инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент, сравнение его текущего значенил с пороговым значением при превышении текущим значением кинетического момента порогового значения, уменьшение кинетического момента инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент, до номинального значения путем приложения к корпусу КА дополнительногоуправляющего момента, о тп и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и экономии энергозатрат в условилх действия знакопеременного возмущающего момента, 5 фиксируют в моменты достижения кинетическим моментом инерционного исполнительного органа, создающего управллющий момент, порогового значенил его полярность, дополнигельный управляющий мо мент создают при помощи дополнительногоинерционного исполнительного органа, работающего в режиме поддержания заданной скорости вращенил, определяемой в соответствии со следующей зависимостью: где К - кинетический момент инерционного 20 исполнительного органа, создающего управля ощий момент;1 н - момент инерции дополнительногоинерционного исполнительного органа;и, п 1 - количество случаев превышенил 25 кинетическим моментом инерционного исполнительного органа, создающего управляющий момент, порогового значения положительчой и отрицательной полярности соответственно,