Способ терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом

Способ терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом

Реферат

 

Использование: для разработки способов терминального управления спускаемыми в атмосфере летательными аппаратами. Сущность: улучшение гибкости, адаптивности управления в ходе полета при обеспечении заданной точности приведения летательного аппарата в конечное состояние. Достигается это тем, что в нем в модель прогноза вместо дифференциальных уравнений, описывающих движение центра масс летательного аппарата, вводят кривую второго порядка общего вида, аппроксимирующую заданный класс траекторий, соответствующий логике движения летательного аппарата. В результате чего снижается рабочий объем памяти и величина необходимого быстродействия бортового цифрового вычислительного устройства (БЦВУ), система управления при этом более легко перенастраивается при изменении текущих параметров конечного состояния летательного аппарата. Кроме того, данный способ терминального управления позволяет управлять не только вектором положения летательного аппарата, но и вектором скорости без предъявления дополнительных требований к характеристикам БЦВУ.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при разработке летательных аппаратов (ЛА), осуществляющих терминальное управление при спуске в атмосфере Земли.

Известен способ терминального управления, в котором прогнозирование проводится на основе численного интегрирования уравнений движения ЛА в бортовом цифровом вычислительном устройстве (БЦВУ) (Охоцимский Д.Е. Голубев Ю.Ф. и др. Алгоритмы управления космическим аппаратом при входе в атмосферу. -М. Наука, 1975, с. 51).

Недостаток известного способа заключается в том, что поскольку прогнозирование осуществляется на каждом шаге коррекции управления, то эти расчеты должны укладываться в пределы длительности одного шага, что приводит к возрастанию необходимого быстродействия БЦВУ и увеличению объема ее памяти. Для ЛА с жестко ограниченными габаритно-массовыми характеристиками существуют жесткие ограничения на вес и объем БЦВУ и, как следствие, на быстродействие и объем памяти.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ терминального управления ЛА, включающий измерение текущих параметров движения, прогнозирование конечного состояния ЛА с выбранным шагом, определение рассогласования между прогнозируемым и заданным конечными состояниями ЛА и выpаботку управляющего воздействия на исполнительные органы (Охоцимский Д.Е. Голубев Ю. Ф. Сихарулидзе Ю.Г. Алгоритмы управления космическим аппаратом при входе в атмосферу. -М. Наука, 1975, с. 51, 90).

В указанном способе прогноз конечного состояния осуществляется путем численного интегрирования системы дифференциальных управлений, описывающих движение ЛА в атмосфере, что предъявляет повышенные требования к характеристикам БЦВУ, а именно, требует большого объема оперативной и постоянной памяти и высокого быстродействия, и, как следствие, увеличивает необходимый вес и габариты БЦВУ. Сам процесс численного интегрирования при прогнозировании, несмотря на повышенное быстродействие БЦВУ, требует длительного времени для вычислений (до 10 сек), что приводит к снижению гибкости, адаптивности управления.

Техническим результатом при использовании предложенного способа является улучшение адаптивности управления за счет уменьшения потребного быстродействия и рабочего объема памяти БЦВУ при выведении ЛА в конечное состояние с заданной точностью.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом (ЛА), включающем измерение параметров движения, прогнозирование конечного состояния ЛА, определение рассогласования между прогнозируемым и заданным конечными состояниями ЛА и формирование управляющего воздействия для приведения ЛА в заданное конечное состояние, в модель прогноза вводят класс траекторий, соответствующий заданной логике полета аппарата в атмосфере и кривую второго порядка общего вида, аппроксимирующую выбранный класс траекторий в процессе прогнозирования, задают параметры конечного состояния аппарата, например, вектор положения и величины скорости движения аппарата в зависимости от класса траекторий, выбирают шаг дискретности прогноза по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, в процессе измерения параметров движения запоминают в пяти предыдущих моментах решения навигационной задачи координаты аппарата, определяемые интегрированием показаний акселерометров, аппроксимируют полученные данные кривой второго порядка общего вида, проводят прогноз конечного состояния аппарата на основе гипотезы о сохранении полученной формы траектории по конечным аналитическим соотношениям, по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, аппарата, разворачивают аппарат в полете и производят логическую перестройку алгоритма прогноза при достижении аппаратом конечного состояния или при выходе на следующий участок траектории.

При реализации предлагаемого способа терминального управления спускаемым в атмосфере ЛА предполагается следующая последовательность действий: проводят средствами системы ориентации отработку возмущений после отделения от носителя, стабилизацию ЛА по всем каналам и ориентацию оси ЛА при входе в атмосферу; при достижении заданной высоты включают управляющие органы; в процессе полета, совершаемым на балансировочном угле атаки, определяют координаты ЛА путем интегрирования показаний приборов системы управления (СУ).

Запоминают координаты пяти последних точек траектории при движении с углом атаки; аппроксимируют полученные данные кривой второго порядка общего вида; проводят прогноз конечного состояния ЛА по конечным аналитическим соотношениям, предполагая, что форма последующей траектории соответствует полученной кривой; определяют рассогласование между прогнозируемым и заданным конечными состояниями ЛА; по полученному рассогласованию задают величину управляющего воздействия ЛА на текущем шаге коррекции; при достижении конечного состояния или при выходе на следующий участок траектории производят логическую перестройку алгоритма прогноза.

По сравнению с ближайшим способом аналогом предлагаемый способ терминального управления позволяет сократить объем постоянной памяти в 15 раз, объем оперативной памяти в 5 раз, уменьшить требуемое быстродействие в 500 раз, что особенно важно для бортовых цифровых вычислительных устройств перспективных управляемых летательных аппаратов.

Формула изобретения

Способ терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом, включающий измерение параметров движения, прогнозирование конечного состояния аппарата, определение рассогласования между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата и формирование управляющего воздействия для приведения аппарата в заданное конечное состояние, отличающийся тем, что в модель прогноза вводят класс траекторий, соответствующий заданной логике полета аппарата в атмосфере, и кривую второго порядка общего вида, аппроксимирующую выбранный класс траекторий в процессе прогнозирования, задают параметры конечного состояния аппарата, например, вектор положения и величины скорости движения аппарата в зависимости от класса траекторий, выбирают шаг дискретности прогноза по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, в процессе измерения параметров движения запоминают в пяти предыдущих моментах решения навигационной задачи координаты аппарата, определяемые интегрированием показаний акселерометров, аппроксимируют полученные данные кривой второго порядка общего вида, проводят прогноз конечного состояния аппарата на основе гипотезы о сохранении полученной формы траектории по конечным аналитическим соотношениям, по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, разворачивают аппарат в полете и производят логическую перестройку алгоритма прогноза при достижении аппаратом конечного состояния или при выходе на следующий участок траектории.