Определение углового движения микроспутника на лабораторном стенде и в орбитальном полете

• Автор: Иванов, Данил Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ ОЦЕНОК АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ
1.1. Задача фильтрации
1.2. Оценка точности работы фильтра Калмана в стационарном случае
1.3. Исследование влияния неучтенных возмущений на точность оценок фильтра Калмана
1.4. Заключение к главе
2. АНАЛИЗ АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ МАКЕТА СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ, ПОДВЕШЕННОГО НА СТРУНЕ
2.1. Постановка задачи
2.2. Уравнения движения макета системы ориентации
2.3. Исследование алгоритма определения движения макета
2.4. Лабораторные испытания алгоритма определения движения макета.
2.5. Заключение к главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ МИКРОСПУТНИКА "ЧИБИС-М"
3.1. Микроспутник "Чибис-М". Постановка задачи
3.2. Модель движения микроспутника
3.3. Модель измерений
3.4. Исследование алгоритма определения движения микроспутника
3.5. Заключение к главе
4. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ЛЕТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ МИКРОСПУТНИКА "ЧИБИС-М"
4.1. Испытания алгоритма на лабораторном стенде
4.2. Летные испытания алгоритма стабилизации
4.3. Заключение к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ
МИКРОСПУТНИКА "ЧИБИС-М"
ПРИЛОЖЕНИЕ II. АНАЛИЗ ВОЗМУЩЕНИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА МАКЕТ,
И ОЦЕНКИ ИСТОЧНИКИ ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ
II. 1. Источники погрешностей измерений и их оценки
II. 1.1. Источники погрешностей измерения магнитного поля.
II. 1.2. Источники погрешностей измерения направления на Солнце .
II.2. Оценка возмущений, действующих на макет
П.2.1. Момент от силы вязкости, действующий на подшипник..
П.2.2. Неидеальность поверхностей чаши и подшипника
П.2.3. Взаимодействие макета с окружающим воздухом
II.2.4. Возмущения от магнитного поля
П.2.5. Влияние давления света
11.2.6. Влияние вращения Земли
П.2.7. Моменты со стороны макета

ВВЕДЕНИЕ
Использование малогабаритных спутников позволяет удешевить стоимость миссии и сократить срок её разработки, но сопряжено с трудностями, обусловленными серьезными ограничениями по энергетике и по вычислительным ресурсам на борту аппаратов. Эти ограничения касаются и системы управления ориентацией. В табл. 1 приведены основные особенности микроспутников и возникающие при этом требования и ограничения, накладываемые на систему ориентации; в качестве примера приведены параметры микроспутника "Чибис-М". Активное управление ориентацией микроспутников требует определения движения аппарата относительно центра масс в режиме реального времени. Рекурсивные алгоритмы оценивания параметров движения по типу фильтра Калмана [1; 2] позволяют на основе измерений датчиков ориентации и модели движения микроспутника получить наилучшую по среднеквадратичному критерию оценку вектора состояния аппарата относительно центра масс. Однако ограничения по вычислительным ресурсам на борту микроспутника не позволяют учесть в модели движения множество возмущений, действующих как со стороны внешней среды, так и вызванные неидеальностью управляющих ориентацией актюаторов. Кроме того, измерения датчиков ориентации вследствие неучтенных факторов могут несколько отличаться от модели измерений, используемой алгоритмом определения. Все это приводит к ухудшению точности определения углового движения микроспутника относительно центра масс, а следовательно, и к ухудшению точности управления ориентацией. Поэтому возникает необходимость исследования влияния неучтенных в модели движения возмущений и факторов на точность определения движения. Малые размеры микроспутников позволяют провести лабораторные испытания всей системы ориентации в целом, успешное проведение которых позволяет с большей степенью уверенности надеяться на успешную работу в орбитальном полете.

Персии шумов модели системы и шумов ошибок измерений будут равны (2.7). Однако, как уже упоминалось выше, в уравнениях движения неучтены возмущения, а в модели измерения не учитывается неточное знание нуля измерений датчика угловой скорости, поэтому требуется исследование влияния этих неучтенных факторов на точность определения движения макета.
Оценим сначала влияние неучтенных возмущений. Для начала будем предполагать, что на макет действует постоянное неучтенное возмущение у. Уравнения реального движения имеют вид:
х*+1=фА+Х*, (28)
Хм =Ехк +0*,
где Е - единичная матрица, 0 - случайная составляющая возмущения. Сам вектор у, предположим, имеет следующий вид:

с1М2 / 2Л
Здесь d - некоторая константа, определяющая величину возмущения. В качестве примера рассмотрим как изменится точность определения движения при конкретном значении возмущения. Пусть Д = 1 (Г2 град/с2 (что соответствует возмущению со стороны нити при закрутке на примерно 45 град для рассматриваемого макета), а дисперсия случайной составляющей возмущения равна
М[0 07 ] = 0 =
0(Г10 О ч 0 10“'%
Матрица 0 выбиралась таким образом, чтобы случайная составляющая возмущения была на два порядка меньше постоянной, которая вносит основной вклад в величину возмущения. В этом случае зависимости точности определения угла поворота и угловой скорости от параметров настройки д<р и да представлены
на рис. 2.6 и 2.7 соответственно. Как видно из графиков, точка, в которой будет минимальной ошибка определения угла поворота и угловой скорости, имеет