CC BY
45
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ, КАЧЕСТВА, ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
УДК 629.783
Аппазова Ш., Ергалиев Д.С, Муканова К., Советкажиев А., Ракишев Ж.Б.
Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, Нур-Султан, Республика Казахстан УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В КОМБИНИРОВАННЫХ МСТЕМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ
Управление движением космического аппарата является актуальной задачей и требует немалой работы для стабилизации и ориентации движения в полете. В данной статье рассматривается вопрос необходимости комбинирования систем стабилизации и ориентации летательных аппаратов в космосе, методы управления движением в полете.
Ключевые слова:
АКТИВНО-ПАССИВНАЯ СИСТЕМА, ГРАВИТАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР, МИКРО РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОРИЕНТАЦИЯ, ВРАЩЕНИЕ
Введение. Одним из главных требований, предъявляемых к космическому аппарату (КА) является стабилизация его движения. Космический аппарат перемещаясь по траектории так или иначе поворачивается вокруг своего центра масс, т. е. изменяет свою ориентацию. Движение космического аппарата относительно центра масс (вращательное движение) происходит под действием уже знакомых нам природных сил - гравитационных, магнитных, сил сопротивления среды, светового давления. При этом оно оказывается гораздо более чувствительным к некоторым слабым внешним воздействиям, чем движение центра масс по траектории, которое вообще их не замечает. Известны случаи временной потери космическим аппаратом ориентации из-за удара микрометеорита, ничуть не сказавшегося на траектории.
Также многие задачи, возникающие при полетах, требуют целенаправленного поворота космического аппарата. Соответствующий процесс и есть ориентация и должен быть осуществлен путем воздействия управляющих моментов, создаваемых исполнительными органами системы ориентации космического аппарата. Из-за отсутствия внешней демпфирующей среды начавшееся при развороте вращение само по себе прекратиться не может. Поэтому во всех случаях, когда не ставится цель закрутки аппарата, это вращение должно начать тормозиться до заданного положения с помощью нового управляющего момента, создаваемого тем же или другим исполнительным органом.
Основная часть. Системы стабилизации и ориентации летательного аппарата можно разделить по характеру действия стабилизации на [1]:
-пассивные - те системы которые используют гравитационные и аэродинамические силы, стабилизацию вращением, стабилизацию давлением солнечных лучей;
-активные-те системы которые используют реактивные двигатели, двигатели-маховики, момент-ные магнитоприводы;
-активно-пассивные- это те системы которые используют различные комбинации активных и пассивных систем.
Для малых космических аппаратов активно-пассивная система предворительного успокоения , ориентации и стабилизации летательных аппаратов используются для создания многообещающих образцов наноспутников. Активно-пассивная система имеет как пассивную подсистему-грацитационный стабилизатор и как в виде активной имеет подсистемы микрореактивных двигателей.
Выбранная активно-пассивная система применяется для поддержания ориентации соответствующей оси аппарата на гравитационный центр планеты, также для поддержания трехосной системы ориентации КА. С помощью этой системы могут решаться задачи [2,3]:
предварительного успокоения аппарата после его отделения от ракеты носителя или разгонного блока,
переориентации гравитационно-устойчивого положения в другое.
Пассивная система - устроена из гироскопического стабилизатора и демпфера.
Активная подсистема-состоит из блока микрореактивного двигателя, который расположен в конце гравитационного стабилизатора, данная система показана на рис.
Рисунок 1 - Гравитационный стабилизатор
Рассматриваемая система позволяет малым КА, выполнить успокоение с помощью включения микро реактивного двигателя, который находится в конце гравитационного стабилизатора относительно центра масс спутника на рис. 2
На рис.3 показано, что применение МРД снижает амплитуду либрационных угловых колебании, повышает работу системы стабилизации, а главная ось инерции спутника может перейти из одного динамического положения в другое устойчивое-грави-
тационное положение, при моменте достижения максимального отклонения продольной оси штанги гравитационного стабилизатора. [4 ].
При новом гравитационно-устойчивом положении спутника, рассматриваемую активную систему можно использовать для стабилизации движения и ориентации космического аппарата в орбитальной системе координат. Для примера разберем угловое положение связанной системы координат относительно орбитальной при угловом движении спутника.
У-направление движения МРД Р-направление вектора тяги МРД Рисунок 2 - Включение микро реактивных двигателей
Местная вертикаль
Максимум отклонения ГС от положения динамического равновесия
У-направление движения МРД Р-направление вектора тяги МРД Рисунок 3 - Схема стабилизации космического аппарата
Мест вертикаль
Рисунок 4 - Схема переориентации КА
Ориентацию осей xyz относительно орбитальных x0 y0 z0 зададим тремя конечными поворотами в последовательности: тангаж в (вокруг оси z), курс ф (вокруг оси у) , крен у (вокруг оси x) . Тогда кинематическое уравнение [4], определяющее связь проекции вектора угловой скорости КА ш на связанные оси с производными углов конечных поворотов в , ф , у', имеют вид
Шх = У - ($ - Шорб) sinф, Шу = Ф cosy + (д - Шорб) siny COSф, Wz = I'd - Шорб) cosy cosф - ф siny, где Шорб — орбитальная угловая скорость КА.
Динамика вращательных движений КА относительно центра масс в соответствии с основной теоремой механики об изменении кинетического момента описывается векторным уравнением [5,6], для движения в связанных осях xyz:
Н -
— + ш*Н = М
dt
зектор кинетического момента, он равен:
(1)
Н = ] * ш
где ]- тензор инерции.
М - главный момент внешних сил, (о - угловая скорость КА.
Используя (1) уравнение можем получить уравнения динамики вращательного движения КА в проекциях на оси связанной СК, при условии, что распределение масс КА не изменяется по времени и главные оси инерции КА совпадают со связанными осями координат аппарата, то получим уравнения углового движения КА относительно центра масс -уравнения Эйлера [7].
]х^х + (]?-]у)ы2Шу = Мх
1уЬ>у + 0Х= МУ (2)
+ Оу -]х)^х^у =
Вектор М - комбинация многих моментов внешних сил на спутник, во время полете:
М= М +м +м +м +м +м
11 ' 'реак 1 ' 'аэрод 1 ' 'солн 1 ' 'маги 1 ' 'грав 1 ' 'пр
где М„,
-момент реактивных сил при отбросе масс
(например момент от реактивных двигателей); Ма3рОд-аэродинамический момент; Мсолн-момент от сил светового давления; Ммагн-момент от взаимодей-
орбитального движения центра масс аппарата будет иметь вид:
Е =
3 р2
ствия с магнитным полем планеты; М„
-гравитаци-
(1 + е cosЕ)2
, = Е
онный момент; МПр-прочие моменты (момент при столкновении с различными метеорами).
Во время движения центра масс КА, эксцентри-
С
ситет орбиты е=-, при е=0-орбита круговая, при 0 < е < 1- эллиптическая. Но при е < 0,355 обеспечивается устойчивость с гравитационной системой ориентации [8]. Учитывая полученные параметры эксцентриситета и фокальный параметр орбиты, уравнения движения центра масс КА по орбите будет ввиде:
г = —-— (3)
1+6С05 Е
Е-угол истинной аномалии. Если к уравнениям движения центра масс аппарата необходимо добавить уравнение скорости изменения угла истинной аномалии, а также связь этого угла с орбитальной
угловой скоростью с = —— , то наше (3) уравнение
шорб :
с течением времени при действующих управляющих силах движение тела замедляется и, в конце концов, оно стабилизируется. Стабилизация достигается работой блока управления датчиков углов и датчиков угловых скоростей
Заключение. Описанные системы стабилизации и ориентации летательных аппаратов, относятся не только на обьекты которые летают на небе, но и в космическом пространстве. А комбинированность систем в данном случае с использованием формул для расчета нужного количества микрореактивных двигателей, а также с уравнениями динамики вращательных движенией космического аппарата относительно центра масс, значительно повышают стабилизацию и ориентацию летательного аппарата при полете, и позволяют существенно улучшить показатели предварительного успокоения. Кроме того дает возможность упростить систему управления космическим аппаратом [9,10].
ЛИТЕРАТУРА
1. Ф. Л. Черноусько, Л. Д. Акуленко, Д. Д. Лещенко. Эволюция движений твердого тела относительно центра масс. М.: Ижевск 2015. -147 с
2. Korolev V.S., Pototskaya I.Yu. Integration of dynamical systems and stability of solution on a part of the variables // Applied Mathematical Sciences, vol. 9 (15), 2015, Р. 721-728.
3. Поляхова Е.Н., Королев В.С. Задачи управления космическим аппаратом с солнечным парусом // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. LV междунар. науч.-практ. конф. № 2(50). - Новосибирск: СибАК, 2016. - С. 18-31.
4. Zhang M.,Yin L., Qiao L. Adaptive fault tolerant attitude control for cube satellite in low orbit based on dynamic neural network // International journal of innovating computing, information and control/-2014/-Vol.10, №5. - P.1843-1852.
5. Попов B.B. Системы ориентации и стабилизации космических аппаратов. -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 184 с.
6. Архангельский Ю.А. Аналитическая динамика твердого тела. М.: Наука, 1977. 328 с.
УДК 618.614
Полтавский А.В., Юрков Н.К., Федянина В.А.
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Москва, Россия
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ФОРМАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ЭНТРОПИЙНОГО АНАЛИЗА ПЕРЕДАЧИ СИМВОЛОВ И ЗНАКОВ В СЕТЕВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Язык — это многосвязная система из символов, знаков, сообщений, сигналов и множества связей между ними в многомерном потоке данных и спектре лингвистической информации для электронных сетевых переводчиков информационных систем. В процессе передачи информации в сетевых структурах вычислительных систем, в частности, анализа различных текстовых переводов, а также речевых сообщений, возможна утрата, потеря или искажение ее части В работе представлены формализованная модель и один из подходов к энтропийному анализу знаковых систем и символьной информации в сетевых структурах для формирования современных информационно-аналитических проектов. Приводится алгоритм по оценке качества преобразования информации в компьютерной сети на основе основных положений и понятия энтропии по теоремам Кл. Шеннона. Полученный технологический и технический результат на основе вычислительного эксперимента в этом случайном процессе достигается не только за счет предложенных информационных моделей для математического аппарата, но и включением в информационный процесс сетевых вычислительных ресурсов.
Ключевые слова:
ЯЗЫК, ЗНАКОВАЯ СИСТЕМА, КАНАЛ СВЯЗИ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, МОДЕЛЬ, ИНФОРМАЦИЯ, АЛГОРИТМЫ, ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ, СВЯЗЬ, ЭНТРОПИЯ, СИМВОЛ, ЛИНГВИСТИКА, ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА
Введение
В процессе эволюции и повышения уровня информатизации человеческого общества, а также развития прикладных программно-аппаратных средств для сетевых вычислительных систем (ВС), телекоммуникационных и информационных технологий в целях обеспечения требуемых (заданных или желаемых) траекторий образования на всех уровнях, находят дидактические проектно-ориентированные методы, модели, средства и новые формы для их достижения. В этом эволюционном информационном процессе все большое значение приобретают «цифровые» инновационные проекты и технологии, направленные на создание автоматизированных процедур с разработкой новых адаптивных алгоритмов для сетевых информационных систем (ИС) и информационно-аналитических систем (ИАС), которые также должны учитывать неопределенность - энтропийные составляющие для передачи и обработки информации по различным каналам связи. Данное обстоятельство, а также и сам такой случайный (стохастический) процесс непосредственно связаны с потерей качества передачи информации по каналу связи и управления в сетевых ИС и ИАС ,
которая может быть утрачена, частично утеряна или преобразована (получила недопустимое ее искажение) с большими ошибками [1,2].
Большинство разрабатываемых и вновь создаваемых, как и прежде, сетевых объектов ИС и ИАС, исторически и изначально ориентированы на математическую обработку информации в символьной форме. Особенным в данном процессе является то, что для обеспечения желаемого уровня качества обработки информации и идентификации текстовых сообщений, является преобразование информации с помощью программ текстовых переводчиков с одного языка на другой. Эти модели, алгоритмы и программы являются достижением для всей вычислительной техники. В процессе эволюции они впервые появились в Нью-Йорке (в 1954 г.), когда была проведена первая публичная демонстрация перевода с русского языка на английский с помощью первых вычислительных систем, в частности, с помощью цифровой электронной вычислительной машины ИБМ-701. Для проведения испытаний (постановки вычислительного эксперимента) автоматического перевода текста был подготовлен словарь объемом в 250 русских слов, часто применяемых в области
