НЕЛИНЕЙНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ С КРУПНОГАБАРИТНЫМИ НЕЖЕСТКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

НЕЛИНЕЙНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ С КРУПНОГАБАРИТНЫМИ НЕЖЕСТКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

© А.И.Шестопёров, С.С.Ткачев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2018 г.

Космические аппараты (КА) с крупногабаритными нежесткими элементами конструкции используются для решения множества прикладных задач. Таковыми являются телекоммуникационные аппараты с антеннами большого размера, аппараты исследования дальнего космоса с солнечным парусом, аппараты с роботизированными манипуляторами и выносными штангами.

Рассматривается движение спутника – твердого тела с двумя нежесткими элементами вокруг центра масс – по кеплеровой геостационарной орбите в гравитационном поле Земли [1]. Один из нежестких элементов закреплен с помощью одностепенного шарнира. Второй может быть закреплен как с помощью двухстепенного шарнира, что моделирует неидеальное закрепление, так и жестко.

Из-за большой протяженности нежестких элементов, которые изготавливаются из легких материалов, в ходе орбитального и углового маневрирования КА в их конструкции неизбежно возникают вибрации, способные не только ухудшать точность ориентации всего аппарата, но и даже привести к неустойчивости требуемых режимов движения.

Решаются задача стабилизация КА в требуемой ориентации и задача гашения колебаний в нежестких элементах [2]. В условиях ограниченности по величине управления проводится анализ возможности применения ляпуновского [3], скользящего [4] и SDRE [5] управлений, которые реализуются при помощи устройств, расположенных на основном теле КА.

Литература

1. Ткачев С.С., Ролдугин Д.С., Овчинников М.Ю. Уравнения движения спутника с нежесткими элементами конструкции // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2015. №58. 20 с.

2. Hyland D.C., Junkins J.L., Longman R.V. Active control technology for large space structures // J. Guid. Control. Dyn. 1993. Vol. 16, № 5. P. 801–821.

3. Халил Х.К. Нелинейные системы. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2009, 832 с.

4. Utkin V., Guldner J., Shi J., Sliding Mode Control in Electro-Mechanical Systems, 2nd Edition. Orlando, FL: CRC Press, Taylor & Francis, 2009, 503 p.

5. Cimen T. State-Dependent Riccati Equation (SDRE) control: A survey // Proceedings of the 17th World Congress. The International Federation of Automatic Control, Seoul, Korea, July 6-11, 2008.