Разработка алгоритмов контроля и диагностики системы управления ориентацией космического аппарата - Авиация и космонавтика - Скачать бесплатно
|
|двигателя типа «не | | | | |
|отключение» | | | | |
| |3 |1000 |1000 |1000 |
| |6 |1000 |1000 |999 |
| |8 |999 |1000 |1000 |
|Отказ работы |1 |1000 |157 |1000 |
|двигателя типа «не | | | | |
|включение» | | | | |
| |3 |999 |286 |1000 |
| |6 |265 |158 |999 |
| |8 |264 |157 |1000 |
Для наглядности построим гистограмму, и изобразим ее в виде функции –
закона распределения, [8, 9, 25-29] для облегчения нахождения критической
точки в методе статистических гипотез. Находим математические ожидания.
Графики зависимостей приведены на (Рис. 4.9) [27-29]:
[pic]
Рис. 4.9 – Аппроксимированная гистограмма
Здесь m0 и m1 - математические ожидания. При рассмотрении
левостороннего критерия, получили критическую точку Gкр = 736. Т.о.
[pic]=Gкр, если, следуя алгоритму контроля, ОП < [pic], то есть основания
утверждать, что отказа в работе двигателя нет, в противном случае, при
попадании значения ОП в критическую область, т.е. ОП >= [pic] , ПО
присваивается значение единицы, и есть основания утверждать, что отказ в
работе двигателя есть [25].
5 РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Рассмотрим космический аппарат как упругое тело, описываемое
уравнениями (3.1), (3.2), (3.4), (3..5). Рассмотрим режим построения
базовой ориентации с учетом внешних возмущающих воздействий –
аэродинамического и гравитационного, а также с учетом дрейфа нуля ГИВУС.
Для наглядности функционирования алгоритма стабилизации ДС КА, где в
качестве гистерезиса используется пауза по времени, проведем моделирование
СУО, с начальными условиями, приведенными в табл. 5.1.
Таблица 5.1
|Вариант |Угловые скорости |Угловые ускорения |Моменты инерции |
|№ | | | |
|1 |Wx = 0.5 c-1 |Gx = 0 c-2 |Ix = 500 Нмс2 |
| |Wy = 0 c-1 |Gy = 0 c-2 |Iy = 1500 Нмс2 |
| |Wz = 0 c-1 |Gz = 0 c-2 |Iz = 2500 Нмс2 |
|2 |Wx = 1 c-1 |Gx = 0 c-2 |Ix = 500 Нмс2 |
| |Wy = 0 c-1 |Gy = 0 c-2 |Iy = 1500 Нмс2 |
| |Wz = 0 c-1 |Gz = 0 c-2 |Iz = 2500 Нмс2 |
|3 |Wx = 3 c-1 |Gx = 0 c-2 |Ix = 500 Нмс2 |
| |Wy = 1 c-1 |Gy = 0 c-2 |Iy = 1500 Нмс2 |
| |Wz = 0 c-1 |Gz = 0 c-2 |Iz = 2500 Нмс2 |
|4 |Wx = -4 c-1 |Gx = -1 c-2 |Ix = 500 Нмс2 |
| |Wy = 0 c-1 |Gy = 0 c-2 |Iy = 1500 Нмс2 |
| |Wz = 0 c-1 |Gz = 0 c-2 |Iz = 2500 Нмс2 |
|5 |Wx = 0 c-1 |Gx = 0 c-2 |Ix = 500 Нмс2 |
| |Wy = 3 c-1 |Gy = 0 c-2 |Iy = 1500 Нмс2 |
| |Wz = 0 c-1 |Gz = 0 c-2 |Iz = 2500 Нмс2 |
|6 |Wx = 0.5 c-1 |Gx = 0.001 c-2 |Ix = 500 Нмс2 |
| |Wy = 0.5 c-1 |Gy = 0.001 c-2 |Iy = 1500 Нмс2 |
| |Wz = 1 c-1 |Gz = 0.001 c-2 |Iz = 2500 Нмс2 |
Функционирование СУО с набором начальных условий варианта 2 табл.
5.1 во временной плоскости представлено на рис. 5.1, рис. 5.2, рис. 5.3.
Функционирование СУО с набором начальных условий варианта 1-6 табл.
5.1 на фазовой плоскости, представлено в приложении Б.
.[pic]
Рис. 5.1 – Зависимость угловой скорости от времени в канале X
[pic]
Рис. 5.2 – Зависимость углового ускорения от времени в канале X
Как показали результаты моделирования (рис. 5.1-5.3), разработанный
алгоритм стабилизации при наличии внешних возмущающих воздействий показал
высокую эффективность в режиме построения базовой ориентации. Как показало
моделирование, наиболее эффективным методом гашения шумов управления,
которые возникают в следствии «скольжения» управляющего воздействия по
границе области нечувствительности, при реализации логики управления,
оказалось введение паузы по времени при выходе из зоны нечувствительности
для двигателей малой тяги и зоны нечувствительности двигателей большой
тяги. Для более эффективного гашения шумов, а соответственно снижения
расхода рабочего тела, были введены в модель упругого КА двигатели малой
тяги, с дополнительной зоной нечувствительности в законе управления и
дополнительной задержкой по времени. Для сравнения был рассмотрен
гистерезис с фиксированной зоной нечувствительности для ДБТ и ДМТ.
Эффективность применения меньше по сравнению с паузой по времени, в связи с
фиксированной зоной нечувствительности для всего диапазона угловых
скоростей.
[pic]
Рис. 5.3 – Зависимость управляющего момента от времени в канале X
Проведем моделирование СУО с различными наборами коэффициентов
фильтра Льюинбергера. Начальные условия модели КА возьмем из 2-ого варианта
табл. 5.1. Варианты коэффициентов фильтра Льюинбергера, представлены в
табл. 5.2.
Результаты моделирования представлены в приложении В. Как показали
результаты моделирования – минимальную погрешность оценивания показал 4-
ый вариант наборов коэффициентов фильтра Льюинбергера. Как видно из
результатов моделирование, наиболее длительный по времени переходной
процесс показал 1-ый набор коэффициентов табл. 5.2 (~40 сек.), последующие
наборы, показали тенденцию существенного снижения времени переходного
процесса, так 3-ий набор коэффициентов фильтра Льюинбергера, показал
(~8 сек.), вместе с тем, такая же тенденция наблюдается и с максимальной
погрешностью оценивания. Так для 1-ого набора коэффициентов она составила
(~0.01 1/с) , то для 4-ого набора коэффициентов максимальная погрешность
оценивания составила (~0.0005 1/c). Следует отметить, что все четыре набора
коэффициентов фильтра, были выбраны из области устойчивости рис. 4.2.1.
4-ый набор коэффициентов был найден методом интегральной квадратичной
оценки качества, и является наиболее оптимальным, как показали результаты
моделирования, для данных НУ взятых из табл. 5.1.
Таблица 5.2 - Коэффициенты фильтра Льюинбергера
|Вариант№ |Набор коэффициентов |
| |K1 |K2 |K3 |
|1 |0.9 |0.27 |0.027 |
|2 |3 |3 |1 |
|3 |6 |12 |8 |
|4 |20.516 |149.611 |0.042 |
.
5.1 Моделирование отказов ГИВУС
Рассмотрим модель гироскопического измерителя вектора угловой
скорости, описанной в разделе 3.3 с учетом углов установки и дрейфа нуля.
Рассмотрим пять типов отказов, описанных в табл. 5.3 и проведем
соответствующую диагностику отказов ГИВУС. Примем коэффициенты фильтра
Льюинбергера постоянными. K1= 6, K2=12, K3= 8. Начальные условия
моделируемой системы, представлены в табл. 5.4.
Таблица 5.3 - Описание отказов ГИВУС
|Тип отказа |Описание отказа |
|1 |Отсутствие выходной информации |
|2 |Максимальная информация постоянного знака |
|3 |Информация постоянного знака, кратная 750 импульсам |
|4 |Максимальная информация с релейным чередованием знака |
|5 |Увеличение (уменьшение) цены импульса в 4 раза |
Таблица 5.4 - НУ модели КА
|Вариант |Угловые |Угловые |Моменты инерции|Типы |Время |
| |скорости |ускорения | |отказов |отказа |
| | | | |ГИВУС | |
|1 |Wx = 0.5 c-1|Gx = 0 c-2|Ix = 500 Нмс2 |2 |700 сек |
| | | |Iy = 1500 Нмс2 | | |
| |Wy = 0 c-1 |Gy = 0 c-2|Iz = 2500 Нмс2 | | |
| |Wz = 0 c-1 | | | | |
| | |Gz = 0 c-2| | | |
|2 |Wx = 1 c-1 |Gx = 0 c-2|Ix = 500 Нмс2 |2 |700 сек |
| |Wy = 0 c-1 | |Iy = 1500 Нмс2 | | |
| |Wz = 0 c-1 |Gy = 0 c-2|Iz = 2500 Нмс2 | | |
| | | | | | |
| | |Gz = 0 c-2| | | |
|3 |Wx = 4 c-1 |Gx = 0 c-2|Ix = 500 Нмс2 |2 |700 сек |
| |Wy = 0 c-1 | |Iy = 1500 Нмс2 | | |
| |Wz = 0 c-1 |Gy = 0 c-2|Iz = 2500 Нмс2 | | |
| | | | | | |
| | |Gz = 0 c-2| | | |
|4 |Wx = 4 c-1 |Gx = 0 c-2|Ix = 500 Нмс2 |2 |100 сек |
| |Wy = 0 c-1 | |Iy = 1500 Нмс2 | | |
| |Wz = 0 c-1 |Gy = 0 c-2|Iz = 2500 Нмс2 | | |
| | | | | | |
| | |Gz = 0 c-2| | | |
|5 |Wx = 4 c-1 |Gx = 0 c-2|Ix = 500 Нмс2 |2 |400 сек |
| |Wy = 0 c-1 | |Iy = 1500 Нмс2 | | |
| |Wz = 0 c-1 |Gy = 0 c-2|Iz = 2500 Нмс2 | | |
| | | | | | |
| | |Gz = 0 c-2| | | |
Результаты моделирования представлены в приложении Г. Как показали
результаты моделирования, для контроля отказавшего ЧЭ требуется в среднем
(~3 сек.).
5.2 Моделирование отказов ДС
Рассмотрим КА с учетом отказов двигателей стабилизации. Введем в
рассмотрение отказы типа «не включения», отказы типа «не отключения» и
отказы двигателей с остаточной тягой.
Проведем моделирование с начальными условиями, приведенными в
табл.5.5. В таблице также представлено время выявления отказа для данного
набора НУ по результата проведенного моделирования.
Таблица 5.5 - НУ модели КА и время выявления отказа
|Вари-а|Угловые |Угловые |Моменты |Остаточ-на|Время |Время |
|нт |скорости |ускорен-ия|инерции |я тяга ДС |отказа |выявле-н|
| | | | | | |ия |
| | | | | | |отказа |
|1 |Wx = 0.1 |Gx = 0 c-2|Ix = 500 Нмс2 |100% |700 сек|704.3 |
| |c-1 | |Iy = 1500 Нмс2| | |сек |
| |Wy = 0 c-1 |Gy = 0 c-2| | | | |
| |Wz = 0 c-1 | |Iz = 2500 Нмс2|
|
