Раздел 5

5. Примеры систем ка 2 иерархического уровня

5.2. Примеры - суд.

5.2.1. Принципы управления угловым положением КА.

Заключаются в том, чтобы обеспечить требуемые значения углов тангажа, рыскания и крена. Структурная схема систем ориентации и стабилизации представлена на рис. 1.

Данные системы представляют собой замкнутые системы автоматического управления. Они включают в себя 1) чувствительные элементы, 2) усилительно-преобразовательные логические устройства (УПЛУ) и 3) исполнительные органы (ИО), а также 4) корпус КА как объект управления.

Чувствительные элементы (датчики углов и датчики угловых скоростей) обеспечивают определение углов тангажа, рыскания и крена, а также скоростей их изменения.

УПЛУ усиливает электрические сигналы, поступающие с чувствительных элементов, сравнивает их с программными значениями и в случае рассогласования выдает команды на включение соответствующих ИО.

Исполнительные органы формируют управляющие моменты, которые прикладываются к корпусу КА и устраняют рассогласование между фактическим и требуемым угловым положением КА.

В качестве исполнительных органов системы ориентации КА наиболее широко используются силовые гироскопические устройства, двигатели-маховики и магнитоприводы. Широкое использование данных устройств обусловлено тем, что они в процессе работы не требуют затрат рабочего тела.

для стабилизации КА данные ИО использоваться не могут. Это обусловлено тем, что в условиях действия больших возмущающих моментов преимущественно одного направления у силовых гироскопических устройств и у двигателей-маховиков быстро наступает насыщение, при котором они теряют способность к созданию управляющих моментов. Магнитоприводы при приемлемых массогабаритных характеристиках не обеспечивают требуемых величин управляющих моментов. В качестве исполнительных органов системы стабилизации могут использоваться только управляющие ракетные двигатели или камера сгорания маршевого двигателя, размещаемая в карданном подвесе. Эти устройства могут работать длительное время в условиях действия больших возмущающих моментов. Однако они обладают недостатком, заключающимся в том, что для создания управляющих моментов необходимо расходовать рабочее тело.

Поскольку угловое положение КА определяется тремя углами, системы ориентации и стабилизации включают в себя три независимых канала управления – каналы тангажа, рыскания и крена.

5.2.2. Принципы функционирования системы управления движением центра масс

Система управления движением центра масс всегда работает совместно с системой стабилизации. Поэтому будем рассматривать эти системы совместно.

Обобщенная структурная схема СУД КА при выполнении маневров представлена на рис. 2. Система маневрирования представляет собой замкнутую систему автоматического управления. Она включает в себя, в общем случае, следующие составляющие:

• систему навигации;

• вычислительное устройство;

• датчики линейных ускорений;

• управляющее устройство;

• исполнительный орган системы маневрирования – маршевую ракетную двигательную установку.

Система стабилизации также представляет собой замкнутую систему автоматического управления. Она включает в себя следующие составляющие:

• чувствительные элементы – датчики углов и угловых скоростей;

• усилительно-преобразовательное логическое устройство;

• исполнительные органы – маршевую и управляющую ракетные двигательные установки.

Задачей системы навигации является определение вектора текущих параметров движения КА . Следует заметить, что для большинства современных КА задача навигации решается наземными средствами, т.е. данная система отсутствует с составе системы маневрирования. Введение этой системы существенно повышает автономность функционирования КА, что прежде всего актуально для КА специального назначения.

Информация о текущих параметрах движения КА передается в вычислительное устройство. вычислительное устройство на основе данных о текущих параметрах движения КА и требуемых параметрах движения определяет программу управления. Программа управления включает в себя: требуемый закон изменения скорости КА и требуемые значения углов тангажа, рыскания и крена на активных участках полета. Программа управления вводится в управляющее устройство системы маневрирования и УПЛУ, входящее в состав системы стабилизации.

Перечисленные операции осуществляются до начала выполнения маневра. Непосредственно перед маневром система ориентации (см. рис. 1) переводит КА в требуемое угловое положение.

В требуемый момент времени, определяемый программой управления, управляющее устройство выдает команду на включение маршевой ракетной двигательной установки (МРДУ на рис.2). Одновременно функции управления угловым положением КА берет на себя система стабилизации.

Под действием тяги МРДУ изменяется скорость КА. Для определения скорости КА в процессе маневрирования обеспечивается измерение ускорений КА, создаваемых МРДУ, с помощью датчиков линейных ускорений (акселерометров). Эти ускорения принято называть кажущимися ускорениями.

В управляющем устройстве производится интегрирование по времени кажущихся ускорений, в результате чего получается значение фактического приращения скорости КА. Далее это значение сравнивается с программным значением . При наличии рассогласования управляющее устройство формирует команду на изменение величины тяги МРДУ. При достижении требуемой величины приращения скорости КА управляющее устройство выдает команду на выключение двигательной установки.

В процессе работы МРДУ система стабилизации обеспечивает требуемое угловое положение КА. Тем самым обеспечивается достижение требуемого направления приращения скорости КА. Работает система стабилизации следующим образом.

В процессе маневрирования чувствительные элементы (датчики углов и угловых скоростей) обеспечивают измерение текущих значений углов тангажа , рыскания , крена и соответствующих угловых скоростей КА . При наличии рассогласования текущих и программных значений углов, определяющих положение КА в пространстве, усилительно-преобразовательное логическое устройство выдает команды на соответствующие управляющие ракетные двигатели и приводы качания камеры маршевого двигателя. В результате формируются управляющие моменты , обеспечивающие требуемое изменение углового положения КА. При этом, как правило, за счет отклонения камеры маршевого двигателя формируют управляющие моменты относительно поперечных осей КА, а за счет управляющих ракетных двигателей обеспечивают создание управляющего момента относительно продольной оси КА.

В настоящее время применяют системы маневрирования двух типов: системы программного управления, реализующие метод "жестких" траекторий, и системы терминального управления, реализующие метод ''гибких'' траекторий.

При программном управлении КА движется по номинальной, заранее рассчитанной траектории.

В системах терминального управления программа изменения вектора тяги формируется на борту КА в соответствии с целью маневрирования и фактическими параметрами его движения.