Математическое обеспечение тестирующих тренажеров для управления спуском космических аппаратов

• Автор: Лобашов, Евгений Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Задача тестирования точности управления
аэрокосмическими системами
1.1 Введение
1.2 Уравнения движения КЛА
1.3 Модель атмосферы
1.4 Разделение движений КЛА на продольное и боковое
1.5 Описание тестирующего динамического стенда
1.6 Постановка задачи тестирования
Глава 2. Математическое обеспечение динамического
интеллектуального тренажера для аппарата „Союз-ТМА“
2.1 Уравнения движения центра масс КЛА „Союз-ТМА“
2.2 Решение задачи первого этапа методики тестирования
2.2.1 Переход от дифференциальной к матричной игре
2.2.2 Решение матричной игры в чистых стратегиях
2.2.3 Решение матричной игры в смешанных стратегиях
2.2.4 Реализация смешанных стратегий на втором этапе методики
тестирования
2.3 Второй этап методики тестирования
2.3.1 Постановка задачи динамической имитации вектора перегрузки
2.3.2 Алгоритмы динамической имитации модуля вектора перегрузки
2.3.3 Алгоритмы динамической имитации направления вектора
перегрузки
2.4 Реализация алгоритма динамической имитации спуска на тренажере

2.5 Заключение

Глава 3. Алгоритмическое обеспечение системы тестирования для
тренажера по ручному управлению КЛА „Клипер“
3.1 Поиск программной траектории спуска КЛА
3.2 Задача тестирования для линейных систем с построением областей достижимости
3.3 Второй и третий этапы тестирования качества управления спуском . 94 Заключение
Литература
Приложение

Введение
Основными факторами, влияющими на безопасность космического полета, для космонавта являются переносимое гь перегрузок, возникающих иа этапах выведения космического корабля иа орбиту и спуска с орбиты, а также адаптация к состоянию невесомости, которое вызывает существенные изменения в работе сердечнососудистой и вестибулярной систем человека. Результаты многолетних исследований, как в реальных космических полетах так и при модельных экспериментах [51, 19, 20, 55] показали, что невесомость существенно изменяет активность гравитационно зависимых систем и нарушает их привычное, эволюционно обусловленное взаимодействие. Так же, опыт предыдущих космических полетов [5, 44] показывает, что при полете космического корабля в атмосфере могут возникать нештатные ситуации, связанные с отказами автоматики корабля и двигательных установок. В этом случае перегрузка может достичь больших величин. В связи со всем сказанным указанная ситуация требует обязательной подготовки космонавтов на Земле к условиям реального космического полета.
Весь полет космического летательного аппарата (КЛА) можно разделить на три этапа: подъем на орбиту (запуск за пределы земной атмосферы), свободный полет по орбите, спуск с орбиты. Все они различны как по условиям, в которых происходит движение летательного аппарата, так и по воздействию этих условий на пилота.
Этап выведения на орбиту для каждого класса космических летательных аппаратов (КЛА) характеризуется своей зависимостью перегрузок от технических характеристик ракеты-носителя. Заранее просчитывается программная траектория выведения, отклонение от которой считается нарушением штатного режима.
После того, как ракета достигает первой космической скорости и выходит иа орбиту, происходит резкое падение величины перегрузки до нуля, т.е. наступает невесомость, а с ней новая фаза космического полета — свободный полет по орбите.
Состояние невесомости также вносит существенные изменения в физиологию

1.5. Описание тестирующего динамического стенда
Динамическая имитация движения объекта осуществляется на имитационном динамическом стенде (ИДС), и заключается в имитации вектора перегрузки для космонавта, который находится на ИДС, в расчетной точке. Как было сказано выше — требуется разработать математическое обеспечение динамического тренажера по тестированию процесса спуска различных типов КЛА, когда космонавт, находясь на ИДС в условиях максимально приближенных' к условиям реального полета, имеет возможность ручной стабилизации программной траектории. Для имитации управляемого движения в космосе наиболее подходящим является ИДС типа центрифуги (рис. 1) с кабиной в управляемом кардановом подвесе [2, 51, 49].
Имитацию движения КЛА при спуске естественно разделить на визуальную и динамическую. Визуальная имитация заключается в установке штатного места пилота КЛА лпбо его имитация с помощью компьютерной модели, проецируемой на мониторы, установленные на стенде.
Система управления разрабатываемого тренажера представляет собой сложную структуру и состоит из трех уровней.
Имитационный динамический стенд (ИДС) является первым (нижним) уровнем управления. Данный блок предназначен для стабилизации или отслеживания имитирующих движений приводов консоли и кардановых колец центрифуги, которыр формируются на втором уровне управления алгоритмами динамической имитации. Нижний уровень управления разработан изготовителем центрифуги и в дайной работе не рассматривается.
Второй уровень управления состоит из системы динамической имитации перегрузки, а также системы управления центрифугой в процессе тренировки в динамическом режиме.
Рассмотрим возможность включения дополнительного, третьего уровня управления тренажером такого типа в целях выполнения функции тестирующей системы по качеству отработки действий космонавта, проходящего тренировку.
В качестве одной из возможных реализаций третьего уровня управления будем