Реферат скачан с сайта allreferat wow ua




Скачать 50.64 Kb.
НазваниеРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Дата публикации14.04.2014
Размер50.64 Kb.
ТипРеферат
uchebilka.ru > Математика > Реферат
Реферат скачан с сайта allreferat.wow.ua


Применение фильтра Калмана в задаче идентификации отказов двигателей стабилизации космического аппарата

УДК 629.195 Ю.А. КУЗНЕЦОВ, канд. техн. наук, АО “Хартрон” Е.В. УХАНОВ, студент НТУ “ХПИ” ПРИМЕНЕНИЕ ФИЛЬТРА КАЛМАНА В ЗАДАЧЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОТКАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ СТАБИЛИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТАУ статті запропонований алгоритм контролю функціонування системи управліннякосмічного апарата, який побудовано на основі субоптимального фільтраКалмана. Алгоритм дозволяє за інформацією безплатформеної інерційноїнавігаційної системи ідентифікувати відмови двигунів стабілізації, у томучислі, відмови з неповною потугою при наявності шумів вимірювання та діїзовнішніх обурюючих впливів.The monitoring algorithm of functioning of a spacecraft control system,constructed on the basis the suboptimum Kalman filter, is offered. Thealgorithm allows under the information of the platformless inertialnavigation system to identify the stabilization engines' failures,including failures with incomplete draft at presence of measurements noiseand action of external perturbation influences. Отказ реактивных двигателей стабилизации (ДС) системы управлениякосмического аппарата (КА), может приводить к не выполнению целевой задачи,а отказ типа «неотключение» двигателя, может приводить к большим потерямрабочего тела и раскрутке КА до недопустимых угловых скоростей. Существующие методы контроля работоспособности ДС [1, 2, 4] являютсядостаточно грубыми, чтобы выявлять отказ типа "неотключение" при наличииостаточной неполной тяги двигателя на фоне действия внешних возмущающихмоментов (гравитационных, аэродинамических и др.). Поэтому разработкаалгоритмов идентификации отказов двигателей стабилизации, особенно отказовс неполной тягой при наличии шумов измерений и действии внешних возмущающихвоздействий, является актуальной задачей. В настоящей статье для построения алгоритма идентификации отказов ДСпредлагается использовать фильтр Калмана. В процессе исследований космический аппарат рассматривается, какабсолютно твердое тело, не содержащее каких-либо движущихся масс [1]. Еслитриэдр жестко связанных с телом осей Oxyz (связанная система координат -ССК) направить так, чтобы они совпали с главными центральными осямиинерции, то центробежные моменты инерции обратятся в нуль и системауравнений Эйлера, описывающая динамику вращения КА вокруг центра масс,примет вид: [pic] (1) Здесь (j – проекции вектора абсолютной угловой скорости тела на оси ССК;Мупрj, Мвj - управляющий и возмущающий моменты соответственно; Jj - главныецентральные моменты инерции тела относительно связанных осей; j=x, y, z. Наряду с динамическими уравнениями рассматриваются кинематическиеуравнения, связывающие угловые скорости (j с углами поворота триэдра осейOxyz относительно триэдра осей некоторой базовой системы координат (БСК),начало которой совпадает с началом координат ССК, а оси определеннымобразом ориентированы в инерциальном пространстве и движутся поступательно.Пусть углы ориентации (углы Эйлера-Крылова) [pic] – полностью определяютугловое положение ССК относительно БСК. Понятие углов ориентации становитсяоднозначным лишь после того, как введена последовательность поворотовтвердого тела вокруг осей Ox, Oy, Oz. Для последовательности поворотов:[pic]система кинематических уравнений имеет вид: [pic] (2) Системы (1) и (2) описывают угловое движение твердого тела относительноБСК. Будем предполагать, что углы Эйлера-Крылова (j малы. Текущие значения(j оцениваются в системе по информации измерителя угловой скорости,измеряющего интегралы от проекций вектора абсолютной угловой скорости КА наоси чувствительности прибора. Интегрируя кинематические уравнения (2) в бортовой цифровойвычислительной машине (БЦВМ) при начальных значениях углов[pic], иинтегрируя уравнения движения центра масс КА при соответствующих начальныхусловиях, реализуют бесплатформенную инерциальную навигационную систему(БИНС). Таким образом, считаем, что текущие величины углов (j непрерывновычисляются в БИНС. Момент Мупрj формируется в соответствии с логикой закона управления иобеспечивает заданное угловое положение КА. Источником внешнеговозмущающего момента Мвj, является взаимодействие КА с внешней средой,приводящее к появлению действующих на корпус внешних сил – гравитационного,аэродинамического, светового, магнитного [4]. Закон управления формируется путем сложения позиционного сигнала (j искоростного сигнала (j, умноженного на коэффициент усиления kj (j=x, y, z): [pic]. (3) Считаем, что двигатели стабилизации установлены попарно в каждом каналеуправления и на участке поддержания ориентации работают в импульсном режиме[1]. Включение двигателей происходит при выполнении условия [pic], где[pic] - зона нечувствительности. Алгоритм обработки данных в бесплатформенной инерциальной навигационнойсистеме строится с использованием субоптимального дискретного фильтраКалмана [3]. Для малых угловых отклонений осей ССК от БСК и при условии Ix( Iy( Izуравнения (1) и (2) запишем в виде: [pic] Тогда для построения системы оценки вектора состояния ((j, (j, mвj)примем следующую модель объекта наблюдения: [pic] (4)где mj=МДСj /Jj - эффективность управляющего момента; МДСj - управляющий момент ДС; mвj=Мвj /Jj - эффективность возмущающего момента; uj - сигнал управления ДС; j=x, y, z. Запишем систему уравнений (4) в стандартной векторно-матричной форме,дополнив ее уравнением измерений: [pic]где xj = (x1j, x2j, x3j)T=((j, (j, mвj)T - вектор состояния; zj - вектор измерений; (j - шум измерений; [pic], j=x, y, z. Используя критерий Калмана, несложно показать, что такая системаявляется полностью наблюдаема: rank[HT ATHT (AT)2HT]=n=3, где n - порядок системы. Реализация в бортовом вычислителе дискретного фильтра Калмана сводится коценке вектора состояния по следующим соотношениям: [pic] [pic] (5) [pic] [pic]где: [pic] - оценка вектора состояния; [pic] - переходная матрица для вектора состояния; [pic] - матрица измерений; [pic] - ковариационная матрица ошибок фильтрации; [pic] - ковариационная матрица ошибок прогноза; [pic] - матричный коэффициент усиления; [pic] - ковариационная матрица шумов измерения; j=x, y, z. Работа алгоритма основана на анализе величины оцениваемого в фильтреКалмана возмущающего момента. Если математическое ожидание оценкивозмущающего момента, вычисленного на некоторой временной базе, гдеуправление равно нулю, превосходит допустимый порог, то принимается решениеоб отказе ДС и переходе на резерв (рис. 1).[pic] Рис. 1 Обобщенная структурная схема алгоритма Для проверки работоспособности алгоритма проведено математическоемоделирование процессов стабилизации КА при возникновении отказа (типа"неотключение") ДС на 700 с от начала процесса. Моделирование проводилосьдля нескольких типов отказов: не отключение с неполной тягой (остаточнаятяга 50% и 15%). Моменты инерции КА принимались равными 1500 Нмс2 в трехканалах; величина управляющего момента, создаваемого парой ДС в канале,принималась равной 50 Нм, а величина возмущающего момента - 0,2 Нм вкаждом канале управления. Проекции начальной угловой скорости КА задавалисьравными 3 град/с в канале x и 0 град/с в остальных каналах. Графики процессов приведены на рис. 2 и 3. [pic] Рис. 2 Выявление не отключения ДС с остаточной тягой 15% [pic] Рис. 3 Выявление не отключения ДС с остаточной тягой 50% На рисунках вертикальной пунктирной линией выделен момент отказа ДС. Как показали результаты моделирования, понижение неполной тяги приотказе ДС приводит к увеличению времени идентификации отказов. Так приполном не отключении ДС (тяга 100%) это время равно 701.3 с, а при неполномне отключении время идентификации отказа составило 704.3 с и 707.1 с дляостаточной тяги в 50% и 15% соответственно. Моделирование показало также,что существенное повышение уровня шумов измерений не приводит кзначительному снижению чувствительности системы к выявлению отказов типа"неотключение" с малой остаточной тягой. Таким образом, предложенный на основе фильтра Калмана алгоритм позволяетидентифицировать отказы двигателей стабилизации КА, в том числе, отказы смалой остаточной тягой (около 15%) при наличии шумов измерений и действиивозмущающих моментов.Список литературы: 1. Алексеев К.Б., Бебенин Г.Г. Управление космическимилетательными аппаратами. - М.: Машиностроение, 1974. - 340 с. 2. А.С. №269708 СССР, МКИ2 B64G 1/20. Спецсистема / О.Н.Калиберда, В.Д.Кожухов,Н.А.Коршунов, Г.В.Беляев. Заявка № 3167800 от 08.04.87 г. 3. Браммер Л.,Зифлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. - М.: Наука, 1982. 4. Раушенбах Б.В., Токарь Е.Н. Управление ориентацией космическихаппаратов. - М.: Наука, 1974. - 600 с. Поступила в редколлегию 26.04.04

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Политология. (реферат)

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<