Программный комплекс для разработки и анализа системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа

• Автор: Исупов, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 136 с. : ил

Оглавление
Введение
1. Системы ориентации и стабилизации в космическом приборостроении
1.1. Актуальность проведения внеатмосферных наблюдений
1.2. Системы ориентации и стабилизации
1.3. Активные системы наведения
1.4. Опыт использования систем наведения в космическом приборостроении
1.5. Проекты "Космический телескоп" и "Спектр-УФ"
1.6. Современные средства проектирования систем управления
1.7. Постановка задачи
2. Формирование математической модели объекта управления прецизионной механической системы
2.1. Методика построения передаточных функций элементов механической конструкции
2.2. Анализ погрешностей методов идентификации аналитических передаточных функций элементов механической конструкции
2.3. Выбор программного обеспечения для реализации методики построения передаточных функций элементов механической конструкции
3. Методика разработка системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа.
3.1. Разработка передаточных функций звеньев системы слежения, участвующих в работе системы совместно со вторичным зеркалом
3.2. Расчет регулятора с учетом влияния шумоподобных возмущений параметров системы
3.3. Оценка параметров устойчивости системы
3.4. Моделирование работы системы и оптимизация системы по параметрам точности и устойчивости ее работы
3.5. Требования к функциональным возможностям и вариант структуры программного комплекса
4. Компьютерная реализация и анализ модели системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа "Спектр-УФ"
4.1. Исходные данные
4.2. Компьютерная реализация математической модели системы
4.3. Анализ устойчивости и точности работы математической модели системы в условиях эксплуатационных возмущений
5. Основные выводы по работе и заключение
Литература

Введение
Актуальность темы. Основной причиной ухудшения качества изображения, формируемого большими двухзеркальными космическими телескопами с дифракционным качеством оптики, является смаз изображения, возникающий вследствие непрерывного влияния вибрационных возмущений на упругую конструкцию телескопа. Вибрации конструкции двухзеркального телескопа приводят к расхождению осей систем координат вторичного и главного зеркал, разнесенных в пространстве, и, следовательно, к погрешности стабилизации визирной оси телескопа в направлении на объект наблюдения. Вместе с тем, современные российские системы наведения и стабилизации космических аппаратов, несущих на себе научные приборы, обеспечивают погрешность стабилизации визирной оси телескопа средствами космического аппарата от единиц угловых секунд до нескольких угловых минут. Поэтому основным способом понижения погрешности стабилизации визирной оси телескопа до актуального сегодня уровня сотых и десятых долей угловой секунды является использование в составе самого телескопа вторичного контура управления, предназначенного для прецизионной стабилизации визирной оси телескопа в направлении на исследуемый источник в диапазоне погрешности наведения и стабилизации космического аппарата. Одним из вариантов реализации вторичного контура является система управления угловым положением вторичного зеркала относительно главного зеркала двухзеркального телескопа. По причине чрезмерно высокой стоимости экспериментальной базы для отработки прецизионных систем наведения с целью исследования влияния вибраций конструкции на погрешность стабилизации визирной оси телескопа актуальным становится создание программных комплексов для разработки и анализа систем прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркальных космических телескопов.
Объектом исследования является система прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа.

Цель работы — научное обоснование и создание программного комплекса для разработки и анализа системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа.
Для этого необходимо решение следующих задач:
- создание методики разработки и анализа системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа;
- обоснование структуры программного комплекса.
Предметом исследования является программный комплекс, построенный на основе методики разработки и анализа системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа.
Методы исследования. Исследования базируются на использовании классических методов теории автоматического управления и идентификации функций.
На защиту выносится научное обоснование программного комплекса для разработки и анализа системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа, в том числе:
- методика разработки и анализа системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа;
- структура программного комплекса;
- компьютерная реализация и анализ модели системы прецизионного управления угловым положением вторичного зеркала двухзеркального космического телескопа "Спектр-УФ".
Научная новизна результатов определяется впервые проведенными исследованиями, направленными на создание новых и совершенствование существующих средств разработки и анализа прецизионных систем управления уг-

5) метод квазилинеаризации;
6) метод инвариантного погружения;
7) методы идентификации с использованием прогноза и градиентного метода прогнозирования;
8) эвристические методы идентификации;
9) методы идентификации параметров предсказателя.
Остановим внимание на методах, распространенных в инженерной практике. Определим и рассмотрим более подробно следующую выборку:
1) метод идентификации передаточной функции системы по ее переходной (импульсной) характеристике;
2) метод идентификации передаточной функции системы по ее амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной характеристике (ФЧХ);
3) метод идентификации передаточной функции системы только по АЧХ в отсутствие ФЧХ.
2.2.1. Идентификация передаточной функции системы по ее переходной (импульсной) характеристике.
Известно, что передаточная функция системы представима в форме [70]:

РГ(я) = $ ]7г(/ )е~ иск, (4)

где к(1) — реакция системы на единичное воздействие (переходная характеристика).
Преобразуем (4) к виду:
№(т) = -г~шЖ . (5)

Принимая во внимание выражение (5) и учитывая начальные условия для переходной характеристики (значение переходной характеристики И(р при ? = 0),