Томские ученые разработали алгоритмы для наземных испытаний космических аппаратов
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новый метод и программное обеспечение на его основе для проектирования систем автоматического управления стендами микрогравитации, которые используются для наземных испытаний раскрытия звеньев космических аппаратов. Исследование поддержано грантом РНФ. Разработка защищена 12 свидетельствами о регистрации программ для ЭВМ.
Для повышения надежности космической техники проводят ее наземные испытания, в том числе испытания по развертыванию трансформируемых космических конструкций в условиях, максимально приближенных к реальным условиям невесомости. Для их проведения используют специальные автоматизированные стенды, создающие эффект микрогравитации. Основой таких стендов в основном служат трособлочные системы с управляемыми электроприводами, с помощью которых вывешиваются и перемещаются звенья космических аппаратов. Однако у такой системы есть ряд недостатков — трособлочные передачи могут значительно ухудшать динамические свойства систем управления.
«Главной проблемой, которая возникает при симуляции микрогравитации с использованием современных трособлочных стендов, является наличие резонансных колебаний в тросах и моментов сухого трения в блоках стенда. Степень их влияния на систему управления зависит от схем трособлочных систем и масс обезвешиваемых звеньев. При этом следует учитывать, что значения моментов сухого трения заранее неизвестны, а параметры упругости тросовых связей изменяются в процессе движения звеньев космического аппарата. Эти факторы не позволяют с большой точностью провести испытания и предсказать поведение элементов космических аппаратов непосредственно в космосе», — отмечает руководитель гранта, доцент отделения автоматизации и робототехники ТПУ Сергей Гайворонский.
Ученые ТПУ предложили новый метод синтеза систем управления. Он основан на интервальном подходе, который позволяет учесть в математической модели нестационарность и нелинейность параметров системы. К таким параметрам относятся коэффициенты жесткости участков троса с изменяющейся длиной, массы обезвешиваемых звеньев, зависящие от правильности определения их центров масс, нелинейные характеристики электроприводов и ряд других параметров, значения которых ранее брались усредненными.
Используя такой подход, политехникам удалось получить интервальное характеристическое уравнение системы, на его основе были разработаны методики модального синтеза адаптивных регуляторов. В результате такие параметры, как ошибки уравновешивания в режимах постоянной скорости и постоянного ускорения, в среднем уменьшились примерно в десять раз.
Предложенный метод — универсальный. Его можно применять для разных космических аппаратов вне зависимости от их массы и размеров.