Оптимальное управление избыточными системами электродвигателей-маховиков Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Решетневские чтения

Ye. S. Zhukova, S. V. Litoshik, V. I. Kolesnik, I. N. Kartsan Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

APPLICATION AREA OF SPACE NAVIGATION

The application area of existing satellite navigational systems is considered.

© Жукова Е. С., Литошик С. В., Колесник В. И., Карцан И. Н., 2010

УДК 629.78:351.814.3

А. В. Зыков

ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева», Россия, Королев Московский физико-технический институт (ГУ), Россия, Долгопрудный

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИЗБЫТОЧНЫМИ СИСТЕМАМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ-МАХОВИКОВ

Исследованы свойства избыточных систем электродвигателей-маховиков, а также выбор оптимального управления такими системами. Предложен алгоритм управления с использованием нового критерия оптимальности. Показано, что данный критерий эффективнее используемого ранее. Приведены результаты моделирования, проведенного Ракетно-космической корпорацией «Энергия» с использованием пакета прикладных программ МЛТЬЛБ.

В настоящее время решается задача повышения ресурса космических аппаратов (КА) и их отдельных систем. Повышение ресурса маховичных систем может быть достигнуто за счет установки на борту КА дополнительного числа электродвигателей-маховиков (ЭДМ) и отказа от традиционных схем их установки. Введение дополнительной избыточности в махович-ную систему позволяет решать различные оптимизационные задачи, например регулировать кинетические моменты исполнительных органов, что способствует повышению ресурса двигателей-маховиков и маховичной системы в целом, минимизировать потребление маховичной системы с учетом свойства рекуперации электроэнергии двигателей-маховиков [1], тестировать двигатели-маховики в процессе штатной работы системы ориентации.

С учетом высокой надежности ЭДМ их число п в избыточных системах варьируется от четырех до восьми. Установочные векторы Ь(, параллельные осям вращения ЭДМ, равномерно располагаются на правильной круговой конической поверхности с вершиной в точке О (см. рисунок).

Вектор управляющего момента маховичной системы

М* = J щhi - щкА х ^

(1)

где т, - управляющие моменты отдельных ЭДМ; И - вектор кинетического момента маховичной системы, складывается из вектора управляющего момента маховичной системы, установленной на неподвижном основании, и гироскопического момента, возникающего при вращении маховичной системы с угловой скоростью щ,^ вместе с КА. Первое слагаемое в (1) можно представить в матричном виде:

М = Дш, (2)

где М = (Мх, Му, Мг) - управляющие моменты маховичной системы по осям стабилизации; Д - 3*п -матрица направляющих косинусов, определяющая схему установки ЭДМ; ш = (т1, т2,..., тп) - управляющие моменты п электродвигателей-маховиков.

Задача управления маховичной системой заключается в нахождении управляющих моментов ЭДМ т1, обеспечивающих равенство вектора М требуемому вектору управляющего момента МКА, если считать, что МКА определен как функция угловых отклонений и угловых скоростей КА и учитывает гироскопическую составляющую вектора управляющего момента.

В качестве критерия оптимальности маховичной системы используется функционал

» 2 ^ 5Ф

J = У mt + с У mt-,

i=1 i=1 dw

(3)

где Ф = У щ2 - сумма квадратов угловых скоростей

Схема установки восьми ЭДМ

роторов маховиков; с - весовой коэффициент, выби-

i=1

Системы управления, космическая навигация и связь

раемый из минимальных соображений моментных характеристик маховиков.

Для решения задачи (2), (3) используется метод неопределенных множителей Лагранжа. Решение системы имеет вид

т = A1M + с, где А = °Т (ВГ)Т )-1 и А2 =[БТ(ОБТ )-1 Б - Е] - мат-„1 ЭФ

рицы связи; I =--- вектор производной суммы

2 Эщ

квадратов угловых скоростей маховиков по соответствующим компонентам угловой скорости.

Математическое моделирование приведенного алгоритма проводилось на персональной ЭВМ с использованием пакета прикладных программ МЛТЬЛБ. Параметры модели: число ЭДМ в системе п = 8; угол между боковой поверхностью и осью конуса б = 70°;

концы векторов Ь( распределены по окружности основания конуса с интервалом 45°.

Представленный алгоритм управления с использованием критерия качества (3) сравнивался по эффективности с алгоритмом, минимизирующим сумму квадратов управляющих моментов маховиков. Оценкой эффективности алгоритмов служит суммарный ток потребления восьми ЭДМ. Проведенное сравнение показало, что разработанный алгоритм эффективнее и обладает важным свойством сохранения неизменности при отказах ЭДМ.

Библиографическая ссылка

1. Журавлев В. Я., Кузьмин В. Н., Михайлов Е. М. Электродвигатель-маховик постоянного тока // Тр. ВНИИ электромеханики. М., 1985. Т. 78. С. 67-74.

A. V. Zykov

Energia Rocket and Space Public Corporation named after S. P. Korolev, Russia, Korolev Moscow Institute of Physics and Technology (State University), Russia, Dolgoprudnyi

OPTIMAL CONTROL OF REDUNDAT SYSTEMS OF ELECTRO MOTOR WHEELS

This paper is devoted to research of properties of redundant systems of electro motor wheels as well as to choice of the optimal control of such systems. The algorithm of control using new criterion of optimality is offered. It is shown that this criterion is more effective than the previous one. The results of simulation carried out in Energia Rocket and Space Public Corporation using MATLAB applied programs package are presented.

© 3BIKOB A. B., 2010

УДК 527.62

В. В. Какоткин, А. А. Абдулхаков, Г. К. Макаренко, М. М. Валиханов, В. Ф. Гарифуллин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ИСПЫТАНИЯ НАВИГАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ПРИ НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ НА РЕЧНОМ ПРОФИЛЕ

Приведено описание системы навигационного обеспечения сейсморазведочных работ на акваториях рек и результатов экспериментальных исследований в реальных условиях на реках Красноярского края за трехлетний период, а также рассмотрены решения по модернизации данной системы.

В настоящее время координатно-временное обеспечение сейсморазведочных работ является одним из важнейших направлений в геологоразведке, а использование глобальных спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS позволяет охватить весь спектр данного направления [1].

На данный момент основу комплекса навигационного обеспечения сейсморазведочных работ составляет навигационная аппаратура потребителей (НАП) спутниковых радионавигационных систем МРК-32, разработанная в Сибирском федеральном университете и ФГУП «Научно-производственное предприятие «Радиосвязь» (Красноярск) [2]. Эта аппаратура выпускается серийно предприятием «Радиосвязь» и представляет собой 16-канальный приемник СРНС ГЛОНАСС/GPS. Для осуществления контроля и управления НАП используется персональный компь-

ютер типа Notebook с соответствующим программным обеспечением для контроля и сбора данных в реальном времени, а также для их постобработки. Текущее положение судна с установленными на нем источниками сейсмических колебаний отображается на картплоттере Garmin 3005C. Наличие эхолота позволяет регистрировать глубину, вовремя избегать прохождения таких участков рек, как мели и подводные скалы, что повышает безопасность судовождения.

Сотрудниками Сибирского федерального университета ведутся работы по модернизации программного обеспечения системы. Эти работы включают создание дополнительных модулей по комплексной обработке навигационных данных, наличие которых позволит увеличить точность и надежность получения координат.