CC BY
23- возможность проведения независимых, параллельных испытаний платформы и полезной нагрузки, а также комплексных испытаний оборудования, систем и КА, позволяющих рационализировать этапность их отработки и получить определенные временные и экономические преимущества.
Данные принципы позволяют рационализировать процессы разработки КА с одновременным обеспечением требуемых показателей надежности. Их эффективность подтверждена летными испытаниями и эксплуатацией КА на базе УКП [2].
Библиографический ссылки
1. Чеботарев В. Е., Косенко В. Е. Основы проектирования космических аппаратов информационного обеспечения : учеб. пособие / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. 488 с.
2. Патраев В. Е. Методы обеспечения и оценки надежности космических аппаратов с длительным сроком активного существования : монография / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010. 136 с.
References
1. Chebotarev V. E.,Kosenko V. E. Osnovy proekti-rovanija kosmicheskih apparatov informacionnogo obe-spechenija : ucheb. Posobie / Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2011. 488 s.
2. Patraev V. E. Metody obespechenija i ocenki nadezhnosti kosmicheskih apparatov s dlitel'nym srokom aktivnogo sushhestvovanija: monografija / Sib. gos. ajerokosmich. un-t. Krasnojarsk, 2010. 136 s.
© Шангина E. А., Патраев В. Е., 2013
УДК 629.78.018:681.5
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ ПОТОКАМИ ПРИ ТЕПЛОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЯХ
А. В. Шевляков1, И. А. Выхристюк1, А. Г. Верхогляд\ Ю. В. Чугуй1,
В. И. Халиманович2, В. В. Христин2
1Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН Россия, 630058, г. Новосибирск, ул. Русская, 41 E-mail: [email protected], [email protected] 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Представлена система управления тепловыми потоками при проведении тепловакуумных испытаний. Приведен алгоритм автоматического вывода испытываемого объекта на заданное температурное распределение.
Ключевые слова: предполетные испытания, тепловакуумные испытания, автоматизация.
AUTOMATED CONTROL SYSTEM OF HEAT FLUXES AT THERMOVACUUM TESTS
A. V. Shevliakov1,1. A. Vykhristiuk1, A. G. Verkhogliad1, Yu. V. Chugui1, V. I. Halimanovich 2, V. V. Khristich2
technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences 41, Russkaia Str., Novosibirsk, 630058, Russia E-mail: [email protected], [email protected] 2 JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia
Control system of heat fluxes at thermo vacuum test is considered. The algorithm for automatic obtaining of specified temperature distribution is presented.
Keywords: preflight tests, thermo vacuum test, automation.
1. Введение. Современная стратегия эксперимен- (ТВИ) являются важной составляющей предполетной
тальной отработки космических аппаратов (КА) осно- отработки КА [2]. Во время ТВИ имитируются такие
вывается преимущественно на наземной отработке условия космоса, как вакуум, солнечный поток, рез-
систем и частей КА. При этом имитация штатных ус- кие перепады температуры по поверхности КА.
ловий эксплуатации производится в наиболее полном Современные системы для проведения ТВИ имеют
возможном объеме [1]. Тепловакуумные испытания возможность использования сотен устройств подвода
Решетневскуе чтения. 2013
мощности (УПМ) и датчиков температуры, что делает необходимым автоматизацию задачи получения определенного температурного режима на испытываемом КА.
Представленная система предназначена для проведения различных тепловакуумных испытаний с количеством контрольных точек до 750 и управляющих воздействий до 380 каналов. Работы по разработке автоматизированной системы велись в рамках создания горизонтальной вакуумной установки ГВУ-600 для ОАО «ИСС» им. акад. М.Ф. Решетнева». Система осуществляет автоматическое управление ходом испытаний в крупноразмерной горизонтальной вакуумной камере ГВУ-600 (объем более 600 м3), обеспечивает анализ нештатных ситуаций и автоматическое управление алгоритмом испытаний, контролирует температуру различных точек изделия в диапазоне от -150 до +150° С. Позволяет проводить в автоматическом режиме один из видов тепловакуумных испытаний: термобалансные или термостатические.
Термобалансные испытания подразумевают подачу постоянной мощности независимо от температуры либо релейное управление мощностью в заданном температурном диапазоне.
Термостатические (термоциклические) тепловаку-умные испытания заключаются в последовательном выводе испытываемого КА на определенные температурные режимы (ТР) и поддержание заданных ТР в течение требуемого времени. Под температурным режимом подразумевается такое состояние объекта, при котором температура, измеряемая в контролируемых точках, существенно не меняется со временем.
2. Задача получения заданного температурного режима. Сложность проведения испытаний заключается в том, что любой источник тепла, в общем случае, оказывает влияние на любую точку объекта, вызывая изменение температуры в ней. Поэтому практически невозможно перейти к конечному числу одноконтурных регуляторов.
В общем случае существует N управляемых УПМ и Т датчиков, фиксирующих температуру в интересующих точках испытываемого изделия. Влияние изменения подводимой мощности на изменение температуры в каждой точке неизвестно.
Р(п1,п2,...щ) = (/1,/2,---Т) - неизвестная зависимость ТР от значений подводимых мощностей.
Входными данными являются: исходный ТР
([0],4°],.../Т°]), исходное значение подводимых мощ-
ностей
ТР
(п[0], п20],...п [0]), требуемый
(?/Ь], 12^,...Т]) и точность 8/ получения ТР. Искомым является вектор значений подводимых мощностей (п[Ь],п2Ь],...п), при котором получается ТР
(Ь ], ^]), отличающийся от требуемого не бо-
Р(],п2£],-п™)[Ь] *[Ь]
А'
¡2 ,.•• 'т
V/ е {1,2,... N} |/~[ Ь ] - Ь ]| <8/.
3. Алгоритм управления тепловыми потоками.
Решение задачи основано на нахождении приращения Р в текущей точке при изменении мощности на каждом УПМ на известную величину Ап/, / е {1,2,. N} и вычислении вектора коэффициентов (к1,k2,...kN) в предположении, что Р локально линейна, а точнее, что:
Р (п1 + к1Дп1, п2 + к2 Дп2,... nN + kN ДnN )--р (n1, n2,. % ) = = к1 •( Р (п1 +Дп1, п2,... пь[) - Р (п1, n2,...nN )) +
(1)
•(Р п
п2,... п,
+ ^) - Р (
п2,...п,
Реализация алгоритма состоит в последовательном изменении мощности на каждом УПМ на известную величину и ожидании выхода системы на ТР. Для ожидания ТР используется три параметра: время ожидания реакции системы, время ожидания баланса и допуск на баланс. Время реакции системы определяет интервал, в течение которого после изменения мощности не контролируется выход на ТР. Допуск на баланс задает минимальное отклонение температуры в любой контролируемой точке за время меньшее времени ожидания баланса, при котором констатируется температурная нестабильность системы. Ожидание ТР заканчивается, если за время ожидания баланса температура во всех точках изменилась на величину, не превышающую допуска на баланс.
После получения ТР для текущего УПМ мощность на нем возвращается в исходное состояние и меняется мощность следующего. В результате этого процесса получается набор ТР:
Р (п{0] +Дп1, п20],-я№] ) = (/1[1], 41],-44)
(2)
Р (, п20],... п
[0]
N + ДnN ) =
) = ((
_^[N] JN]
К1 —
[N Р
где /у - температура, зарегистрированная на у'-м датчике при изменении мощности на /-м УПМ. Из (1) и (2) получаем систему из Т уравнений с N неизвестными:
(/И -,{2] -... /[N] -?1м V кЛ Г/{0] -/ИV
* [1] - /[ И] 12 *2
*[2] - Г[Ь] *2 *2
*[1] - ЛЬ] *[2] - 7[Ь]
1ГГ 1ГГ 1ГГ 1ГГ
V 'т
*[N] - г[Ь]
ДN] - 7[Ь]
V ^ )
*[0] - Г[Ь]
[0] - Г[Ь]
Vlт ''
т ) (3)
После успешного решения системы (3) [3] значение подводимых мощностей устанавливается в
лее, чем на величину 8/ в каждой контролируемой точке.
ЛЬ]),
(п[
[Ь] ЛЦ
,...п
[Ь]\_
= (п[0] + к1 Дп1, п20] + к2 Дп2,. п N +kN ДnN )
и ожидается выход системы на ТР ((
[Ь] ЛЬ]
К1,...*.
[ Ь ]
В общем случае (исходя из практического предположения, что Т > N ) система (3) переопределенна, т. е. любое решение имеет невязку, которая связана с нелинейностью ¥, неточностью определения выхода системы на ТР, а также с погрешностью измерения температуры, нелинейностью УПМ и неконтролируемым подводом мощности. Еще одним фактором, влияющим на наличие и величину невязки, является теоретическая достижимость требуемого ТР. Система датчиков и УПМ может быть сконфигурирована так, что запрашиваемый ТР не может быть получен ни при каких значениях мощностей.
Невязку, вызванную нелинейностью ¥, можно уменьшать путем последовательного применения вышеописанного алгоритма, добиваясь на каждом этапе минимизации невязки и беря в качестве исходного состояния для следующего этапа состояние, полученное на текущем.
4. Результаты. Были проведены опытные испытания алгоритма управления, в результате которых были получены данные, подтверждающие работоспособность алгоритма. В эксперименте были задействованы семь каналов мощности и пять контрольных точек измерения температуры. В ручном режиме была проверена возможность достижения определенного ТР, и затем выход на него был успешно осуществлен в автоматическом режиме.
Библиографические ссылки
1. Александровская Л. Н. Теоретические основы испытаний и экспериментальная отработка сложных технических систем. М. : Логос, 2003.
2. Афанасьев В. А., Барсуков B. C., Гофин М. Я., Захаров Ю. В., Стрельченко А. Н., Шалунов Н. П. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / под ред. Н. В. Холодкова. М. : Изд-во МАИ, 1994.
3. Калиткин Н. Н. и др. Численные методы. М. : Наука, 1982.
References
1. Aleksandrovskaya L. N. Teoreticheskiye osnovi ispitaniy i eksperemental'naya otrabotka slozhnih tehnicheskih sistem. М. : Logos, 2003.
2. Afanasiev V. A., Barsukov V. S., Gofin M. Ya., Zaharov Yu. V., Strelchenko A. N., Shalunov N. P. Eksperemental'naya otrabotka kosmicheskih letatel'nyh apparatov. M. : MAI, 1994.
3. Kalitkin N. N. et al. Chislennye metodi. M. : Nauka, 1982.
© Шевляков А. В., Выхристюк И. А., Верхогляд А. Г., Чугуй Ю. В., Халиманович В. И., Христич В. В., 2013
