Исследование системы стабилизации и ориентации КА в высокоточном режиме

1. Московский Авиационный Институт (Национальный Исследовательский Университет)

Дипломная работа на тему:
Исследование системы стабилизации и
ориентации КА в высокоточном режиме.
Дипломант:
Руководитель:
Москва, 2012 г.
Маликов Т.Р.
Заведеев А.И.

2. Конструкция КА «Электро-Л»

3. Функциональная схема ССО

4. Исполнительные органы ССО

Газореактивные двигатели
― ограничение количества рабочего тела
― импульсная система
― не всегда удовлетворяет по точности
Силовые гироскопические комплексы (СГК)
― хорошая точность
― большой управляющий момент
― невозможность использования в малых КА
Комплексы управляющих двигателей-маховиков (КУДМ)
― хорошая точность
― конструктивная простота
― эффект насыщения

5. Устройство КУДМ

УДМ состоит из двух частей:
1.
2.
Электромеханический модуль
Блок управления двигателями (БУД)
Двигатели-маховики установлены по схеме «пирамида» с
высотой, направленной по оси OZ, и углами =60 и =45 .
Связь проекций вектора кинетического момента КУДМ (Hi ,
i=X,Y,Z) с векторами кинетических моментов УДМ (hi ,
i=1,2,3,4) выражается матричным уравнением:
Hx
Hy A
Hz
h1
h2
h3
h4
a11 a12 a13 a14
a 21 a 22 a 23 a 24
a31 a32 a33 a34

6. Возмущающие воздействия

Гравитационные возмущения
Солнечное давления
Аэродинамическое возмущения
Упругие колебания элементов конструкции КА (две остронаправленные антенны, панель
солнечной батареи, штанга магнитометра).
Классификация КА по упругости:
1. Компактное абсолютно жесткое тело с упруго-соединенными жесткими элементами;
2. Компактное абсолютно жесткое тело с присоединенными упругими элементами;
3. Большой упругий корпус – крупногабаритная космическая конструкция

7. Уравнения движения КА в ССК с учётом влияния колебаний упругих элементов.

3
4
i 1
i 1
1 sin 1 br1i x r 1i cos 1 bq2 x q
2 cos ОНА 2 bq3 x q
3 cos ОНА1 br2 x r 2 sin ОНА 2 br3 x r 3 sin ОНА1 bq4 i x q
4i H x M x ;
I xx x bq1 x q
3
2
4
I yy y bq1 y q 1 sin 1 br1i y r 1i cos 1 b p1i y p 1i br2 y r 2 cos ОНА 2 br3 y r 3 cos ОНА1 bq2 y q 2 sin ОНА 2 bq3 y q 3 sin ОНА1 bq4 i y q 4i H y M y ;
i 1
i 1
i 1
3
4
i 1
i 1
I zz z bq1z q 1 cos 1 br1i z r 1i sin 1 bq2 z q 2 cos ОНА 2 bq3 z q 3 cos ОНА1 br2 z r 2 sin ОНА 2 br3 z r 3 sin ОНА1 bq4 i z q 4i H z M z ;
I xx , I yy , I zz - центральные осевые моменты инерции КА;
wx , wy , wz - проекции вектора абсолютной
угловой скорости КА на оси связанной СК;
H x , H y , H z - кинетич. моменты маховиков;
q , r , p— обобщенные координаты осцилляторов;
M x , M y , M z - проекции внешних и внутренних
возмущающих и управляющих моментов
на связанные оси КА;

8. Закон управления КА относительно центра масс с помощью КУДМ в непрерывной области имеет вид:

где x, y, z – канальные сигналы управления на КУДМ [нм].
k , k , k – передаточные числа по позиционному сигналу [нм/град]
kwi – передаточные числа по угловым скоростям [нм.с/град].
Wпиф – передаточная функция противоизгибного фильтра

9. Аналоговая структурная схема ССО на КУДМ на примере канала крена

10. Аналоговая структурная схема в Simulink

11. Области устойчивости КА в канале крена

Область устойчивости без фильтров
Область устойчивости с фильтрами.

12. Устойчивость ССО

Нули и полюса передаточной функции ССО
Диаграмма Найквиста

13. Переходные процессы

Без фильтров
С фильтрами

14. Цифро-аналоговая структурная схема ССО на КУДМ на примере канала крена

15. Цифро-аналоговая структурная схема ССО на КУДМ на примере канала крена в Simulink

16. Переходные процессы

Без фильтров
С фильтрами

17.

18.

• В экономической части диплома были
произведены расчеты по стоимости и
окупаемости моделирования ССО для КА
“Электро-Л”.
• В разделе охраны труда и окружающей среды
был произведен анализ условий работы за
ПЭВМ, а так же проедложены меры по
улучшению кондиционирования. Были
предложены след. Кондиционеры : Hitachi
RAS-30CH7; LG S24PT;