RU2509692C1 - Method of control over spacecraft solar battery with protection against short-term faults of data on solar battery angular battery - Google Patents
Method of control over spacecraft solar battery with protection against short-term faults of data on solar battery angular battery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2509692C1 RU2509692C1 RU2012150755/11A RU2012150755A RU2509692C1 RU 2509692 C1 RU2509692 C1 RU 2509692C1 RU 2012150755/11 A RU2012150755/11 A RU 2012150755/11A RU 2012150755 A RU2012150755 A RU 2012150755A RU 2509692 C1 RU2509692 C1 RU 2509692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- solar battery
- angles
- value
- rotation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 102100023870 YLP motif-containing protein 1 Human genes 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 101100152598 Arabidopsis thaliana CYP73A5 gene Proteins 0.000 description 2
- 101000964762 Homo sapiens Zinc finger protein 569 Proteins 0.000 description 2
- 101150018798 Ylpm1 gene Proteins 0.000 description 2
- 102100040654 Zinc finger protein 569 Human genes 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 101100219315 Arabidopsis thaliana CYP83A1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100512568 Arabidopsis thaliana MED33B gene Proteins 0.000 description 1
- 102100037373 DNA-(apurinic or apyrimidinic site) endonuclease Human genes 0.000 description 1
- 101000806846 Homo sapiens DNA-(apurinic or apyrimidinic site) endonuclease Proteins 0.000 description 1
- 101000835083 Homo sapiens Tissue factor pathway inhibitor 2 Proteins 0.000 description 1
- 101100269674 Mus musculus Alyref2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100140580 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) REF2 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ управления ориентацией солнечной батареи (СБ) космического аппарата (КА) с защитой от кратковременных сбоев информации об угловом положении солнечной батареи относится к системам электроснабжения КА и может быть применен при управлении ориентацией солнечных батарей спутников, космических станций и других типов КА.The proposed method for controlling the orientation of the solar battery (SB) of a spacecraft (SC) with protection against short-term failures of information on the angular position of the solar battery relates to spacecraft power systems and can be used to control the orientation of solar panels of satellites, space stations, and other types of spacecraft.
Большинство современных КА могут функционировать на орбите Земли в течение нескольких лет. Для функционирования бортового оборудования КА в течение всего времени эксплуатации требуется обеспечивать его электроэнергией, которая, как правило, вырабатывается при помощи панелей солнечных батарей, с установленными на ней элементами, преобразующими излучение Солнца в электрический ток. Величина тока, вырабатываемого СБ, зависит от ориентации плоскости рабочей поверхности СБ относительно Солнца. Для автоматической ориентации СБ используют системы управления КА, в состав которых входят бортовые вычислительные машины, в которых, в свою очередь, реализуются алгоритмы управления бортовым оборудованием КА, в том числе управление ориентацией СБ. Система управления КА осуществляет управление устройством поворота СБ, состоящего из электронных блоков и электромеханического привода с жестко закрепленным на его выходном валу панелью СБ и датчиком угла. Электронные блоки устройства поворота СБ осуществляют прием, преобразование команд, формируемых из системы управления КА, в необходимую для управления электромеханическим приводом СБ форму, а также преобразование информации от датчика угла в форму, необходимую для передачи в систему управления КА.Most modern spacecraft can function in Earth orbit for several years. For the operation of the spacecraft onboard equipment during the entire period of operation, it is necessary to provide it with electricity, which, as a rule, is generated using solar panels, with elements installed on it that convert the radiation of the sun into electric current. The magnitude of the current generated by the SB depends on the orientation of the plane of the working surface of the SB relative to the Sun. For automatic SB orientation, spacecraft control systems are used, which include on-board computers, which, in turn, implement control algorithms for spacecraft onboard equipment, including SB orientation control. The spacecraft control system manages the SB rotation device, which consists of electronic units and an electromechanical drive with a SB panel and an angle sensor rigidly fixed to its output shaft. The electronic components of the SB rotation device receive, convert commands generated from the spacecraft control system into the form necessary to control the SB electromechanical drive, and also convert information from the angle sensor into the form necessary for transmission to the spacecraft control system.
При помощи алгоритмов системы управления движением, реализованных в системе управления КА, на основе информации, получаемой от соответствующих датчиков (например, астродатчиков или солнечных датчиков), определяют направление на Солнце и формируют заданный угол поворота СБ.Using the algorithms of the motion control system implemented in the spacecraft control system, based on the information received from the corresponding sensors (for example, astro sensors or solar sensors), they determine the direction to the Sun and form a given angle of rotation of the SB.
Алгоритмы управления ориентацией СБ принимают информацию о заданном угловом положении СБ, а также информацию о текущем угловом положении СБ с закрепленной на нем панелью СБ.SB orientation control algorithms receive information about a given angular position of the SB, as well as information about the current angular position of the SB with the SB panel fixed to it.
Как правило, панель СБ крепится на выходном валу электромеханического привода СБ таким образом, чтобы датчик угла формировал нулевое значение при положении нормали к рабочей поверхности СБ, совпадающей с одной из связанных с КА осей координат, например с осью рыскания, а ось вращения СБ - параллельна другой, например оси тангажа.As a rule, the SB panel is mounted on the output shaft of the SB electromechanical drive so that the angle sensor generates a zero value when the normal to the SB working surface coincides with one of the coordinate axes associated with the spacecraft, for example, the yaw axis, and the SB rotation axis is parallel another, for example pitch axis.
При достижении угла рассогласования между заданным углом и угловым положением СБ равному порогу срабатывания алгоритмы управления СБ инициируют выдачу команд на вращение СБ для уменьшения угла рассогласования, которые передаются из бортовой автоматической системы управления в устройство поворота СБ. При достижении угла рассогласования равном углу отпускания алгоритмы управления СБ инициируют команды на прекращение вращения СБ. Измерение углового положения СБ, как правило, осуществляется с точностью до дискретного сектора датчика угла. Время реакции алгоритмов управления ориентацией СБ, как правило, кратно машинному циклу бортовой вычислительной машины системы управления КА и составляет несколько десятков миллисекунд, например 100 мс [1].Upon reaching a mismatch angle between a given angle and the SB angular position equal to the response threshold, the SB control algorithms initiate the issuance of SB rotation commands to reduce the mismatch angle, which are transmitted from the on-board automatic control system to the SB rotation device. When the mismatch angle is equal to the release angle, the SB control algorithms initiate commands to stop the rotation of the SB. The measurement of the angular position of the SB, as a rule, is carried out accurate to the discrete sector of the angle sensor. The reaction time of SB orientation control algorithms, as a rule, is a multiple of the computer cycle of the onboard computer of the spacecraft control system and amounts to several tens of milliseconds, for example, 100 ms [1].
Известно, что в результате накопления электростатических зарядов на внешней поверхности бортового оборудования КА, включая кабельную сеть, во время его функционирования периодически могут происходить короткие электростатические разряды, длительностью десятков наносекунд до нескольких микросекунд. Электростатические разряды приводят к излучению электромагнитной энергии и, таким образом, сопровождается генерацией электромагнитной помехи, влияющей на работу бортового оборудования КА. В частности, это может приводить к кратковременным сбоям информации, поступающей от датчика угла устройства поворота СБ.It is known that as a result of the accumulation of electrostatic charges on the outer surface of the spacecraft's onboard equipment, including the cable network, short electrostatic discharges can occur periodically during its operation, tens of nanoseconds up to several microseconds long. Electrostatic discharges lead to the emission of electromagnetic energy and, thus, is accompanied by the generation of electromagnetic interference, which affects the operation of the spacecraft onboard equipment. In particular, this can lead to short-term malfunctions of information received from the angle sensor of the SB rotation device.
Максимальная частота воздействия электростатического разряда не превышает 2 Гц [2] и соответствует периоду более 500 мс, что, в свою очередь, превышает упомянутый период 100 мс функционирования системы управления КА.The maximum frequency of exposure to an electrostatic discharge does not exceed 2 Hz [2] and corresponds to a period of more than 500 ms, which, in turn, exceeds the mentioned period of 100 ms of operation of the spacecraft control system.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ управления ориентацией СБ, заключающийся в том, что определяют заданный угол СБ как положение проекции единичного вектора направления на Солнце на плоскость вращения нормали к ее рабочей поверхности относительно связанных с КА осей координат, измеряют текущий угол СБ как угловое положение нормали к рабочей поверхности СБ в плоскости ее вращения с точностью до дискретного сектора датчика угла, вычисляют расчетный угол как произведение угловой скорости СБ на время ее вращения, определяют углы разбега и торможения, задают порог отпускания, менее которого прекращается рассогласование между заданным и расчетным углами СБ, как:The closest technical solution adopted for the prototype is a method for controlling the orientation of the SB, which consists in determining the specified angle of the SB as the position of the projection of a unit direction vector on the Sun onto the plane of rotation of the normal to its working surface relative to the coordinate axes associated with the spacecraft, and measure the current angle SB as the angular position of the normal to the SB working surface in the plane of its rotation accurate to the discrete sector of the angle sensor, the calculated angle is calculated as the product of the SB angular velocity by time Duration of its rotation, they determine the run-up and braking angles, set the release threshold, less than which the mismatch between the set and calculated SB angles ceases, as:
αОТП≈αТОРМ,α OTP ≈α TORM ,
где αОТП - порог отпускания,where α OTP is the release threshold,
вращают солнечную батарею в направлении уменьшения рассогласования между расчетным и заданным углами и прекращают ее вращение при достижении порога отпускания [3].rotate the solar battery in the direction of decreasing the mismatch between the calculated and predetermined angles and stop its rotation when the release threshold is reached [3].
Недостатком указанного способа является то, что в случае сбоев информации, поступающей от датчика угла СБ, может происходить коррекция расчетного угла по полученному ошибочному значению и, соответственно, неправильная ориентация СБ относительно направления на Солнце. Следствием этого является снижение тока, вырабатываемого СБ, что в конечном итоге приводит к снижению живучести КА и к невыполнению возложенных на него задач.The disadvantage of this method is that in the event of a malfunction in the information received from the SB angle sensor, the calculated angle may be corrected for the received erroneous value and, accordingly, the SB will be incorrectly oriented relative to the direction to the Sun. The consequence of this is a decrease in the current generated by the SB, which ultimately leads to a decrease in the survivability of the spacecraft and to the failure to fulfill the tasks assigned to it.
Технической задачей предлагаемого способа является расширение функциональных возможностей, повышение живучести и эффективности системы управления ориентацией СБ при кратковременных сбоях информации об угловом положении СБ, поступающей от датчика угла.The technical task of the proposed method is to expand the functionality, increase the survivability and effectiveness of the control system for the orientation of the SB during short-term failures of information about the angular position of the SB coming from the angle sensor.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе управления ориентацией солнечной батареи космического аппарата, заключающемся в том, что определяют заданный угол солнечной батареи как положение проекции единичного вектора направления на Солнце на плоскость вращения нормали к ее рабочей поверхности относительно связанных с космическим аппаратом осей координат, измеряют текущий угол солнечной батареи как угловое положение нормали к рабочей поверхности солнечной батареи в плоскости ее вращения с точностью до дискретного сектора датчика угла, вычисляют расчетный угол как произведение угловой скорости солнечной батареи на время ее вращения, определяют углы разбега и торможения, задают порог отпускания, менее которого прекращается рассогласование между заданным и расчетным углами солнечной батареи как:The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of controlling the orientation of the solar battery of the spacecraft, which consists in determining the predetermined angle of the solar battery as the position of the projection of a unit direction vector onto the Sun on the plane of rotation of the normal to its working surface relative to the coordinate axes associated with the spacecraft , measure the current angle of the solar battery as the angular position of the normal to the working surface of the solar battery in the plane of its rotation with an accuracy of of the discrete sector of the angle sensor, calculate the calculated angle as the product of the angular velocity of the solar battery by its rotation time, determine the take-off and braking angles, set the release threshold, less than which the mismatch between the set and calculated angles of the solar battery stops:
αОТП≈αТОРМ,α OTP ≈α TORM ,
где αОТП - порог отпускания,where α OTP is the release threshold,
вращают солнечную батарею в направлении уменьшения рассогласования между расчетным и заданным углами и прекращают ее вращение при достижении порога отпускания, дополнительно задают угловую скорость вращения солнечной батареи, превышающую на порядок и более угловую скорость вращения космического аппарата вокруг Земли, перед началом управления запоминают заданный угол и принимают начальное значение расчетного угла за достоверное значение текущего угла, задают порог рассогласования заданного и запомненного углов, как:they rotate the solar battery in the direction of reducing the mismatch between the calculated and predetermined angles and stop its rotation when the drop threshold is reached, additionally set the angular speed of rotation of the solar battery, which is an order of magnitude or more the angular speed of rotation of the spacecraft around the Earth, before the start of control, remember the given angle and take the initial value of the calculated angle for the reliable value of the current angle, set the mismatch threshold of the given and stored angles, as:
где αРАЗГ - угол разгона солнечной батареи;where α RAG is the angle of acceleration of the solar battery;
αТОРМ - угол торможения солнечной батареи;α TORM - angle of braking of the solar battery;
αПР - порог рассогласования заданного и запомненного углов;α PR is the mismatch threshold of a given and stored angles;
IMIN - минимально допустимый ток, вырабатываемый солнечнойI MIN - minimum allowable current generated by solar
батареей;battery
IMAX - максимально возможный ток, вырабатываемый солнечной батареей,I MAX - the maximum possible current generated by the solar battery,
разбивают круг датчика угла на равные дискретные сектора величиной:break the circle of the angle sensor into equal discrete sectors with the value:
(αРАЗГ+αТОРМ)<σ<αПР,(α RAG + α TORM ) <σ <α PR ,
где σ - угловая величина одного дискретного сектора датчика угла, принимают положения биссектрис указанных дискретных секторов соответствующими измеряемым датчиком угла значениям, задают период определения достоверного значения текущего угла на порядок и более максимальной длительности сбоя информации, поступающей от датчика угла, и менее минимального интервала следования сбоев указанной информации, определяют достоверное значение текущего угла, при этом разбивают каждый из указанных периодов на четыре равных интервала времени, в конце первого, второго и третьего интервалов запоминают, соответственно, первое, второе и третье измеренные значения текущего угла, а в конце четвертого интервала считают достоверным значением текущего угла первое запомненное значение при совпадении его со вторым или третьим запомненными значениями, либо второе запомненное значение совпадении его с третьим, и формируют сигнал достоверности, сбрасывают сигнал достоверности, если указанных совпадений нет или два из трех запомненных значений не соответствуют угловым положениям биссектрис дискретных секторов датчика угла, если заданный угол отличается от запомненного заданного угла на момент окончания предыдущего вращения на величину более порога рассогласования между указанными углами, то присваивают расчетному углу значение достоверного текущего угла, если разность между расчетным и достоверным текущим углами превышает величину дискретного сектора датчика угла и сформирован сигнал достоверности, при этом вращают солнечную батарею, если рассогласование между расчетным и заданным углами более порога отпускания, а в момент достижения порога отпускания запоминают новое значение заданного угла.where σ is the angular value of one discrete sector of the angle sensor, take the positions of the bisectors of these discrete sectors corresponding to the values measured by the angle sensor, set the period for determining the reliable value of the current angle by an order of magnitude and more than the maximum duration of the failure of the information received from the angle sensor, and less than the minimum interval of the following failures the specified information, determine the reliable value of the current angle, while each of these periods is divided into four equal time intervals, in At the end of the first, second and third intervals, respectively, the first, second and third measured values of the current angle are stored, and at the end of the fourth interval, the first stored value when it coincides with the second or third stored values, or the second stored value coincides with the third one, and form a confidence signal, reset the confidence signal if there are no such matches or two of the three stored values do not correspond to the angular positions of the bisector from discrete sectors of the angle sensor, if the specified angle differs from the stored predetermined angle at the end of the previous rotation by more than the mismatch threshold between the specified angles, then the calculated angle is assigned the value of the valid current angle, if the difference between the calculated and valid current angles exceeds the value of the discrete sector of the sensor angle and a validity signal is generated, while the solar battery is rotated if the mismatch between the calculated and predetermined angles is greater than the release threshold, and when the release threshold is reached, the new value of the given angle is stored.
На фиг.1 представлен полет КА с СБ по орбите, на фиг.2 представлены положения проекции заданного направления на Солнце на плоскость, образованную кругом вращения нормали к рабочей поверхности СБ, а также положения указанной нормали, измеренные датчиком угла с точностью до дискретного сектора, на фиг.3 представлена циклограмма формирования достоверного значения датчика угла, на фиг.4 - циклограмма изменения заданного αЗАД, достоверного αДОСТ и расчетного αРАСЧ значений углов СБ.Figure 1 shows the flight of a spacecraft with SB in an orbit, figure 2 shows the position of the projection of a given direction on the Sun onto a plane formed by a circle of rotation of the normal to the working surface of the SB, as well as the positions of this normal measured by an angle sensor accurate to a discrete sector, figure 3 presents the sequence diagram of the formation of a reliable value of the angle sensor, figure 4 is a sequence diagram of the change of a given α REF , reliable α ACCESS and the estimated α CALCULATION values of the angles of the SB.
Предлагаемый способ управления ориентацией солнечной батареи КА с защитой от кратковременных сбоев информации об угловом положении СБ реализуется следующим образом.The proposed method of controlling the orientation of the solar battery of the spacecraft with protection from short-term failures of information about the angular position of the SB is implemented as follows.
В процессе проектирования системы управления ориентацией СБ выбирают устройство поворота СБ с электромеханическим приводом, имеющим угловую скорость вращения выходного вала с закрепленной на нем СБ на порядок и более угловой скорости вращения КА вокруг Земли, то есть:In the process of designing the SB orientation control system, a SB rotation device with an electromechanical drive is selected that has an angular rotation speed of the output shaft with an SB mounted on it an order of magnitude or more of the angular velocity of the spacecraft rotation around the Earth, that is:
где ωСБ - постоянная угловая скорость вращения СБ;where ω SB - constant angular velocity of rotation of the SB;
ωКА - угловая скорость вращения КА вокруг Земли.ω SC - the angular velocity of rotation of the SC around the Earth.
По паспортным данным, а также по результатам экспериментов на наземных стендах определяют угол разгона СБ как угловую величину отклонения нормали к рабочей поверхности СБ относительно связанных с КА осей координат с момента начала вращения СБ до достижения ею постоянной угловой скорости, а также угол торможения СБ как величину углового отклонения указанной нормали с момента прекращения рассогласования заданного и расчетного углов до момента окончания вращения. Кроме того, определяют минимально допустимый ток, необходимый для обеспечения работоспособности бортового оборудования КА, который должна формировать СБ, а также максимально возможный ток, который может формировать СБ.According to the passport data, as well as the results of experiments at ground-based stands, the SB acceleration angle is determined as the angular value of the deviation of the normal to the SB working surface relative to the coordinate axes associated with the SC from the moment the SB rotation begins to reach a constant angular velocity, as well as the SB braking angle as a value the angular deviation of the indicated normal from the moment of termination of the mismatch between the given and calculated angles until the end of rotation. In addition, determine the minimum allowable current necessary to ensure the operability of the onboard equipment of the spacecraft, which should form the SB, as well as the maximum possible current, which can form the SB.
Как известно, ток, формируемый СБ, зависит от величины угла отклонения нормали к рабочей поверхности СБ от направления на Солнце и может быть определен как:As you know, the current generated by the SB depends on the magnitude of the angle of deviation of the normal to the working surface of the SB from the direction to the Sun and can be defined as:
где αР - угол рассогласования между направлением на Солнце и нормалью к рабочей поверхности СБ;where α P is the mismatch angle between the direction to the Sun and the normal to the working surface of the SB;
I - ток, вырабатываемый СБ;I is the current generated by the SB;
IMAX - максимально возможный ток, который может вырабатывать СБ.I MAX - the maximum possible current that can produce SB.
В процессе проектирования определяют максимально допустимое отклонение нормали к рабочей поверхности СБ от направления на Солнце во время полета КА по заданной орбите, при котором СБ вырабатывает указанный выше минимально допустимый ток, при этом задают порог рассогласования заданного и запомненного углов в диапазоне:During the design process, the maximum permissible deviation of the normal to the SB working surface from the direction to the Sun during the spacecraft flight in a given orbit is determined, at which the SB produces the minimum permissible current indicated above, and the mismatch threshold of the given and stored angles is set in the range:
где αРАЗГ - угол разгона СБ;where α Razg - SB acceleration angle;
αТОРМ - угол торможения СБ;α TORM - angle of braking SB;
αПР - порог рассогласования заданного и запомненного углов;α PR is the mismatch threshold of a given and stored angles;
IMIN - минимально допустимый ток, который вырабатывает СБ для обеспечения функционирования бортового оборудования КА;I MIN is the minimum allowable current generated by the SB to ensure the functioning of the spacecraft onboard equipment;
IMAX - максимально возможный ток, который может вырабатывать СБ при полете КА по заданной орбите.I MAX is the maximum possible current that the SB can generate when the spacecraft flies in a given orbit.
Датчик угла, расположенный на выходном валу электромеханического привода устройства поворота СБ, представляет собой круг 360°, разбитый на равные дискретные сектора, то есть:The angle sensor located on the output shaft of the electromechanical drive of the SB rotation device is a 360 ° circle, divided into equal discrete sectors, that is:
где σ - угловая величина дискретного сектора датчика угла;where σ is the angular value of the discrete sector of the angle sensor;
n - количество дискретных угловых секторов.n is the number of discrete angular sectors.
Величина дискретного сектора датчика угла задается в диапазоне: The value of the discrete sector of the angle sensor is set in the range:
Как правило, порог рассогласования заданного и запомненного углов выбирают в диапазоне 5°-15°, а углы разгона и торможения не превышают величину 1°.As a rule, the mismatch threshold of a given and stored angles is selected in the range of 5 ° -15 °, and the acceleration and braking angles do not exceed 1 °.
Датчик угла СБ закреплен на выходном валу электромеханического привода устройства поворота СБ таким образом, что угловое значение, формируемое им, соответствует положению нормали к рабочей поверхности СБ относительно связанных с КА осей координат. Во время поворота СБ датчик угла формирует угловое значение, соответствующее положению биссектрисы дискретного сектора, в границах которого находится эта нормаль.The SB angle sensor is mounted on the output shaft of the electromechanical drive of the SB rotation device in such a way that the angular value generated by it corresponds to the position of the normal to the SB working surface relative to the coordinate axes associated with the spacecraft. During the rotation of the SB, the angle sensor generates an angular value corresponding to the position of the bisector of the discrete sector, within which this normal is located.
Во время полета КА определяют заданный угол как положение проекции единичного вектора направления на Солнце на плоскость вращения нормали к ее рабочей поверхности относительно связанных с КА осей координат.During the flight of the spacecraft, the specified angle is determined as the position of the projection of a unit direction vector on the Sun onto the plane of rotation of the normal to its working surface relative to the coordinate axes associated with the spacecraft.
Вычисляют расчетный угол как произведение угловой скорости СБ на время ее вращения.The calculated angle is calculated as the product of the angular velocity of the SB by the time of its rotation.
На этапе разработки задают порог отпускания, менее которого прекращается рассогласование между заданным и расчетным угловым положением нормали к рабочей поверхности СБ, как:At the development stage, a release threshold is set, less than which the mismatch between the given and calculated angular position of the normal to the SB working surface is terminated, as:
αОТП≈αТОРМ.α OTP ≈α TORM .
Принимают начальное значение расчетного угла за достоверное значение текущего угла. Определение достоверного значения датчика угла во время функционирования системы управления ориентацией СБ осуществляют в течение четырех равных интервалов времени, на которые разбивается период определения достоверного значения текущего угла, то есть:The initial value of the calculated angle is taken as the reliable value of the current angle. The determination of the reliable value of the angle sensor during the operation of the SB orientation control system is carried out for four equal time intervals into which the period for determining the reliable value of the current angle is divided, that is:
где ТД - период определения достоверного значения текущего угла;where T D - the period of determining the reliable value of the current angle;
ТИ - интервал времени, равный четверти периода определения достоверного значения текущего угла.T And - the time interval equal to a quarter of the period for determining the reliable value of the current angle.
Как правило, период определения достоверного значения текущего угла выбирают кратным машинному циклу бортовой вычислительной машины системы управления КА. Достоверное значение угла формируется, если два из трех измеренных значения датчика угла в одном периоде совпадают, при этом период определения достоверного значения текущего угла задается в диапазоне:As a rule, the period for determining the reliable value of the current angle is chosen as a multiple of the computer cycle of the onboard computer of the spacecraft control system. A reliable value of the angle is formed if two of the three measured values of the angle sensor in one period coincide, while the period for determining the reliable value of the current angle is set in the range:
где τMAX - максимальная длительность сбойной информации, поступающей от датчика угла;where τ MAX is the maximum duration of faulty information coming from the angle sensor;
TMIN - минимальный интервал следования сбоев информации, поступающей от датчика угла.T MIN - the minimum interval for following the failures of the information received from the angle sensor.
Для определения достоверного значения текущего угла в конце первого, второго и третьего интервалов времени запоминают соответственно первое, второе и третье измеренное значение текущего угла, а в конце четвертого интервала присваивают достоверному значению текущего угла первое запомненное значение, если оно совпадает со вторым или третьим, либо второе, если оно совпадает с третьим запомненным значением, при этом формируют сигнал достоверности. В случае если указанных совпадений нет либо измеренное значение не соответствует угловому положению биссектрисы одного из дискретных секторов датчика угла, сбрасывают сигнал достоверности, то есть на каждом периоде:To determine the reliable value of the current angle at the end of the first, second and third time intervals, the first, second and third measured values of the current angle are stored respectively, and at the end of the fourth interval, the first stored value is assigned to the reliable value of the current angle if it coincides with the second or third, or the second, if it coincides with the third stored value, while generating a signal of reliability. If there are no such coincidences or the measured value does not correspond to the angular position of the bisector of one of the discrete sectors of the angle sensor, the validity signal is reset, that is, for each period:
где αИЗi(1), αИЗi(2), αИЗi(3) - текущие измеренные и запомненные значения датчиком угла по окончании первого, второго и третьего интервалов определения достоверности на i-м цикле вращения;where α IZi (1) , α Ii (2) , α Ii (3) - the current measured and stored values by the angle sensor at the end of the first, second and third intervals of determining reliability on the i-th rotation cycle;
αДОСТi - достоверное значение датчика угла на i-м цикле вращения;α DOSi - reliable value of the angle sensor on the i-th rotation cycle;
UДi - сигнал достоверности на i-том цикле вращения;U Di is the confidence signal on the i-th rotation cycle;
i - номер цикла вращения, i≥0.i is the rotation cycle number, i≥0.
При наличии кратковременной помехи, вызываемой, например, электростатическим разрядом, формируется сбойная информация, поступающая от датчика угла через электронные блоки СБ в систему управления КА. Длительность сбоя датчика угла соответствует длительности помехи.In the presence of short-term interference caused, for example, by electrostatic discharge, faulty information is generated, which arrives from the angle sensor through the SB electronic units to the spacecraft control system. The duration of the angle sensor failure corresponds to the duration of the interference.
Например, рассматриваемая система имеет угловую скорость вращения СБ ωСБ=0,6 градусов/с, величина дискретного сектора датчика угла СБ составляет σ=6°, максимальная длительность сбоя информации датчика угла СБ, вызываемая электростатическим разрядом, составляет τMAX=1,5 мкс, минимальный период следования сбоев ТMIN=1 с, что соответствует частоте 1 Гц.For example, the system in question has an angular velocity of rotation of the SB of ω SB = 0.6 degrees / s, the discrete sector of the SB angle sensor is σ = 6 °, the maximum duration of the failure of the SB angle sensor information caused by electrostatic discharge is τ MAX = 1.5 μs, the minimum period of the following failures T MIN = 1 s, which corresponds to a frequency of 1 Hz.
Для рассматриваемого варианта в случае если цикл вычисления системы управления КА кратен машинному циклу системы управления КА 100 мс и соответствует интервалу измерения ТИ=200 мс [1], условия (6), (7) выполняются, так как:For the considered option, if the calculation cycle of the spacecraft control system is a multiple of the computer cycle of the spacecraft control system of 100 ms and corresponds to the measurement interval T AND = 200 ms [1], conditions (6), (7) are satisfied, since:
10·τMAX=10·1,5 мкс=0,000015 с;10 · τ MAX = 10 · 1.5 μs = 0.000015 s;
ТД=4·ТИ=4-200 мс=0,8 с;T D = 4 · T I = 4-200 ms = 0.8 s;
TMIN=1 c.T MIN = 1 s.
Перед началом управления запоминают заданный угол и задают расчетному углу начальное значение, то есть:Before starting the control, the set angle is stored and the initial value is set to the calculated angle, that is:
где αЗАДi - текущее значение заданного угла на момент начала 1-го вращения;where α ZADi is the current value of the given angle at the time of the beginning of the 1st rotation;
αЗАД(i-1) - запомненное значение заданного угла на момент окончания (i-1)-го вращения;α REF (i-1) - the stored value of the specified angle at the time of the end of the (i-1) th rotation;
α0 - начальное значение расчетного угла;α 0 - the initial value of the calculated angle;
αРАСЧ(i) - расчетный угол на i-м цикле вращения.α CALCULATION (i) is the calculated angle on the i-th rotation cycle.
Разрешают вращение СБ, если текущий заданный угол отличается от запомненного на момент окончания предыдущего вращения заданного угла на величину более порога рассогласования заданного и запомненного углов, то есть при:SB rotation is allowed if the current set angle differs from the set at the end of the previous rotation of the set angle by more than the mismatch threshold of the set and stored angles, that is, when:
при этом перед моментом начала вращения присваивают расчетному углу значение текущего достоверного угла, если разность между ними превышает величину дискретного сектора датчика угла и на момент получения разрешения на вращение сформирован сигнал достоверности, то есть:in this case, before the start of rotation, the value of the current valid angle is assigned to the calculated angle, if the difference between them exceeds the value of the discrete sector of the angle sensor and at the time of obtaining permission to rotate, a confidence signal is generated, that is:
Необходимо отметить, что в процессе управления рассогласование между расчетным и фактическим угловым положением СБ постепенно увеличивается, так как на реальную угловую скорость СБ оказывают влияние различные факторы: люфты в механизме электромеханического привода, изменение сил трения подвижных частей в условиях невесомости, вакуума и под воздействием космических и солнечных излучений, температурные воздействия, колебания панели СБ в моменты начала и окончания вращения, изменения сил инерции при разворотах КА и другие. Из-за указанных факторов наблюдается постепенное расхождение фактического углового положения СБ от расчетного.It should be noted that in the control process, the discrepancy between the calculated and actual angular position of the SB is gradually increased, since the real angular velocity of the SB is influenced by various factors: backlash in the mechanism of the electromechanical drive, change in the friction forces of moving parts under zero gravity, vacuum and under the influence of space and solar radiation, temperature effects, vibrations of the SB panel at the moments of the beginning and end of rotation, changes in inertia forces during spacecraft turns and others. Due to these factors, a gradual divergence of the actual angular position of the SB from the calculated one is observed.
Начинают вращение СБ, если текущий заданный угол и запомненный заданный угол отличаются на величину более порога рассогласования между указанными углами, и если рассогласование между расчетным и заданным углами более порога отпускания, то есть при:The rotation of the SB starts if the current set angle and the stored set angle differ by more than the mismatch threshold between the indicated angles, and if the mismatch between the calculated and set angles is more than the release threshold, that is, when:
Во время вращения СБ вычисляют расчетный угол, как:During rotation of the SB, the calculated angle is calculated as:
где αРАСЧi - расчетное значение углового положения СБ на момент начала вращения;where α RASCHi - the calculated value of the angular position of the SB at the time of the start of rotation;
tСБi - время вращения СБ. Прекращают вращение СБ при достижении порога отпускания:t SBi - time of rotation of the SB. Stop the rotation of the SB when the release threshold is reached:
при этом запоминают значение текущего заданного угла:while remembering the value of the current specified angle:
На фиг.1 представлен полет КА с СБ по орбите, где:Figure 1 shows the flight of the spacecraft with SB in orbit, where:
1 - Земля;1 - Earth;
2 - орбита КА;2 - spacecraft orbit;
3 - направление излучения от Солнца;3 - the direction of radiation from the Sun;
4 - корпус КА;4 - spacecraft body;
5 - панель СБ;5 - SB panel;
6 - датчик угла СБ;6 - angle sensor SB;
N - заданное направление ориентации СБ как проекция единичного вектора направления на Солнце на плоскость вращения нормали к рабочей поверхности СБ;N is the given direction of orientation of the SB as the projection of a unit direction vector on the Sun onto the plane of rotation of the normal to the working surface of the SB;
NСБ - нормаль к рабочей поверхности СБ;N SB - normal to the working surface of the SB;
X, Y, Z - оси связанной с КА системы координат, причем ось Z направлена перпендикулярно плоскости чертежа вверх;X, Y, Z - the axis of the coordinate system associated with the spacecraft, and the Z axis is directed perpendicular to the plane of the drawing up;
XСБ, YСБ, ZСБ - оси связанной с СБ системы координат, ось ZСБ совпадает с осью Z и направлена также перпендикулярно плоскости чертежа вверх;X SB , Y SB , Z SB - the axis of the coordinate system associated with the SB, the Z axis of the SB coincides with the Z axis and is also directed perpendicular to the plane of the drawing up;
Δα - угловое рассогласование между направлением на Солнце и нормалью к рабочей поверхности СБ;Δα is the angular mismatch between the direction to the Sun and the normal to the working surface of the SB;
ωO - угловая скорость вращения КА вокруг Земли;ω O is the angular velocity of the spacecraft rotation around the Earth;
ωСБ - угловая скорость вращения СБ вокруг оси ZСБ.ω SB - the angular velocity of rotation of the SB around the axis Z of the SB .
На фиг.1 вокруг Земли 1 по орбите 2 с угловой скоростью ωO вращается КА. По направлению излучения Солнца 3 относительно корпуса КА 4 осуществляется ориентация панели СБ 5. Угловое положение проекции нормали к рабочей поверхности СБ NСБ относительно единичного вектора направления на Солнце N измеряется при помощи датчика угла 6. С корпусом 4 КА жестко связаны оси X, Y, Z системы координат. В свою очередь, оси XСБ, YСБ, ZСБ образуют связанную с СБ систему координат. СБ вращается вокруг оси ZСБ, направленной перпендикулярно вверх к плоскости чертежа, причем направления осей ZСБ и Z совпадают, а плоскость, образованная осями XСБ и YСБ, параллельна плоскости, образованной осями Х и Y. Направление нормали к рабочей поверхности СБ NСБ совпадает с направлением оси XСБ.In Fig. 1, a spacecraft rotates around the
Датчик угла СБ 6 формирует нулевое значение при совпадении направлений осей XСБ и X. В соответствии с направлением излучения Солнца 3 определяют направление проекции единичного вектора направления на Солнце N на плоскость, образованную осями XСБ и YСБ.The
В процессе полета КА по орбите 2 с угловой скоростью ωO панель СБ 5 разворачивают таким образом, чтобы обеспечить минимальный угол рассогласования Δα между направлением проекции единичного вектора направления на Солнце N на плоскость вращения нормали к рабочей поверхности СБ, образованную осями XСБ и YСБ и указанной нормалью NСБ, в результате чего обеспечивается формирование максимально возможного тока.During the spacecraft’s flight in
При управлении рассматриваемым способом, если угол рассогласования между текущим заданным углом, т.е. положением проекции N, и запомненным заданным углом по окончании предыдущего вращения СБ более порога рассогласования заданного и запомненного углов, а также рассогласование между расчетным углом, т.е. положением нормали NСБ, и заданным углом, т.е. проекцией N, более порога отпускания, то панель СБ 5 разворачивают с угловой скоростью ωСБ до совмещения положения нормали NСБ с положением проекции N.When controlling the considered method, if the mismatch angle between the current specified angle, i.e. the position of the projection N, and the stored predetermined angle at the end of the previous rotation of the SB over the mismatch threshold of the given and stored angles, as well as the mismatch between the design angle, i.e. normal position N SB , and a given angle, i.e. projection N, more than the release threshold, the
На фиг.2 представлен круг вращения нормали к рабочей поверхности СБ, положение которой измеряется датчиком угла, где:Figure 2 presents the circle of rotation of the normal to the working surface of the SB, the position of which is measured by an angle sensor, where:
7 - круг вращения нормали к рабочей поверхности СБ;7 - circle of rotation of the normal to the working surface of the SB;
8 - центр круга вращения нормали к рабочей поверхности СБ;8 - the center of the circle of rotation of the normal to the working surface of the SB;
N - заданное направление ориентации СБ как проекция единичного вектора направления на Солнце на плоскость вращения нормали к рабочей поверхности СБ;N is the given direction of orientation of the SB as the projection of a unit direction vector on the Sun onto the plane of rotation of the normal to the working surface of the SB;
NСБ - нормаль к рабочей поверхности СБ;N SB - normal to the working surface of the SB;
ασ0, ασ1, ασ2,…,ασj, α(j+1)… ασ(n-2), ασ(n-1) - дискретные сектора датчика угла;α σ0 , α σ1 , α σ2 , ..., α σj , α (j + 1) ... α σ (n-2) , α σ (n-1) - discrete sectors of the angle sensor;
NБj - биссектриса дискретного сектора ασj N Bj is the bisector of the discrete sector α σj
αПР - порог рассогласования заданного и запомненного углов;α PR is the mismatch threshold of a given and stored angles;
σ - угловая величина дискретного сектора датчика угла.σ is the angular value of the discrete sector of the angle sensor.
αРАС - угол рассогласования между текущим заданным направлением и положением нормали к рабочей поверхности СБ;α RAS - the angle of mismatch between the current specified direction and the position of the normal to the working surface of the SB;
αОТП - порог отпускания.α OTP - release threshold.
На фиг.2 датчик угла СБ выполнен в виде круга вращения нормали к рабочей поверхности СБ 7 с центром 8. Круг 360° разбит на n равных дискретных секторов ασ0, ασ1, ασ2,…,ασj, α(j+1)… ασ(n-2), ασ(n-1). Указанный датчик устанавливается на корпусе КА таким образом, чтобы нулевое положение совпадало с осью X, связанной с КА системы координат. Таким образом, измерение углового положения нормали к рабочей поверхности СБ NСБ осуществляется с точностью до дискретного сектора величиной σ, причем датчик угла формирует значения, соответствующие положениям биссектрис каждого из секторов ασ0,…ασ(n-1).In Fig.2, the SB angle sensor is made in the form of a circle of rotation of the normal to the working surface of
При управлении рассматриваемым способом панель СБ начинает вращение при рассогласовании углов между текущим N и запомненным по окончании предыдущего вращения заданным направлением на Солнце NЗАП более порога рассогласования заданного и запомненного углов αПР, и если положение нормали к рабочей поверхности СБ NСБ отличается от текущего заданного направления N на угол αP более порога отпускания αОТП.When controlling the considered method, the SB panel starts rotation when the angles are mismatched between the current N and the predetermined direction on the Sun N recorded at the end of the previous rotation N ZAP more than the mismatch threshold of the given and stored angles α PR , and if the position of the normal to the SB working surface N SB differs from the current specified direction N at an angle α P over the release threshold α OTP .
На фиг.3 представлена циклограмма формирования достоверного значения датчика угла, где:Figure 3 presents the sequence diagram of the formation of a reliable value of the angle sensor, where:
UП - сигналы помехи;U P - interference signals;
τП1, τП2,, τП3, τП4 - длительности помех, вызывающих сбои датчика угла;τ P1 , τ P2 ,, τ P3 , τ P4 - the duration of the interference causing the angle sensor to fail;
τ1, τ2, τ3, τ4 - длительности сбоев датчика угла;τ 1 , τ 2 , τ 3 , τ 4 - the duration of the failure of the angle sensor;
Т1, Т2, Т3 - интервалы следования сбоев датчика угла;T 1 , T 2 , T 3 - intervals following the failure of the angle sensor;
αИЗМ - измеренный угол СБ;α ISM - measured angle SB;
UT - такты запоминания измеренных значений углов датчиком угла СБ;U T - measures of storing the measured values of the angles by the angle sensor SB;
ТД - период определения достоверного значения измеренного угла;T D - the period of determining the reliable value of the measured angle;
αЗАП1 - измеренные и запомненные значения датчика угла по окончании первых интервалов определения достоверности;α ZAP1 - measured and stored values of the angle sensor at the end of the first intervals for determining reliability;
αЗАП2 - измеренные и запомненные значения датчика угла по окончании вторых интервалов определения достоверности;α ZAP2 - measured and stored values of the angle sensor at the end of the second intervals for determining reliability;
αЗАП3 - измеренные и запомненные значения датчика угла по окончании третьих интервалов определения достоверности;α ZAP3 - measured and stored values of the angle sensor at the end of the third intervals for determining reliability;
UД - сигнал достоверности измеренного значения датчика угла;U D - the signal of reliability of the measured value of the angle sensor;
αДОСТ - значения достоверного угла СБ;α ACCESS - values of a valid angle of the SB;
αИ1, αИ2 - измеренные датчиком угла угловые значения, соответствующие фактическим угловым положениям СБ;α I1 , α I2 - the angular values measured by the angle sensor, corresponding to the actual angular positions of the SB;
αC1, αC2, αC3, αC4 - измеренные датчиком угла угловые значения, соответствующие искаженным угловым положениям СБ;α C1 , α C2 , α C3 , α C4 - the angular values measured by the angle sensor, corresponding to the distorted angular positions of the SB;
9, 13, 17, 21, 25 - моменты запоминания значений датчика угла по окончании первых интервалов определения достоверности;9, 13, 17, 21, 25 — moments of storing the values of the angle sensor at the end of the first intervals for determining reliability;
α9, α13, α17, α21, α25 - запомненные значения датчика угла по окончании первых интервалов определения достоверности;α 9 , α 13 , α 17 , α 21 , α 25 - stored values of the angle sensor at the end of the first intervals for determining reliability;
10, 14, 18, 22, 26 - моменты запоминания значений датчика угла по окончании вторых интервалов определения достоверности;10, 14, 18, 22, 26 - moments of storing the values of the angle sensor at the end of the second intervals for determining reliability;
α10, α14, α18, α22, α26 - запомненные значения датчика угла по окончании вторых интервалов определения достоверности;α 10 , α 14 , α 18 , α 22 , α 26 - stored values of the angle sensor at the end of the second intervals for determining reliability;
11. 15, 19, 23, 27 - моменты запоминания значений датчика угла по окончании третьих интервалов определения достоверности;11. 15, 19, 23, 27 - moments of storing the values of the angle sensor at the end of the third intervals of determining reliability;
α11, α15, α19, α23, α27 - запомненные значения датчика угла по окончании третьих интервалов определения достоверности;α 11 , α 15 , α 19 , α 23 , α 27 - stored values of the angle sensor at the end of the third intervals for determining reliability;
12. 16, 20, 24, 28 - моменты определения достоверности по окончании четвертых интервалов определения достоверности;12. 16, 20, 24, 28 - moments of determining reliability at the end of the fourth intervals of determining reliability;
α12Д, α16Д, α20Д, α24Д, α28Д - запомненные достоверные значения датчика угла по окончании четвертых интервалов определения достоверности. 12D α, α 16E, α 20D, α 24D, α 28d - reliable values stored angle detector at the end of the fourth interval determining authenticity.
На фиг.3. формирование достоверного значения датчика угла αДОСТ осуществляется по тактам UT с периодом равным ТД, при этом каждый период ТД, разделен на 4 равные части.In figure 3. the formation of a reliable value of the angle sensor α ACCESS is carried out on tacts U T with a period equal to T D , with each period T D divided into 4 equal parts.
В моменты 9, 13, 17, 21, 25 осуществляется запоминание первых αЗАП1 в моменты 10, 14, 18, 22, 26 вторых αзап2, а в моменты 11, 15, 19, 23, 27 третьих αЗАП3 угловых положений СБ измеренных датчиком угла.At
В моменты 12, 16, 20, 24, 28 осуществляется сравнение первых, вторых и третьих измеренных значений датчика угла и формирование достоверного угла αДОСТ.At
Угловые значения αИ1, αИ2 соответствуют фактическим угловым положениям СБ.The angular values of α И1 , α И2 correspond to the actual angular positions of the SB.
С интервалами T1, T2, Т3 наблюдаются сбои датчика угла длительностью τ1, τ2, τ3, τ4, вызванные помехами, соответственно длительностью τП1, τП2, τП3, τП4, различной амплитуды UП, при этом:At intervals T 1 , T 2 , T 3 , the angle sensor fails with a duration of τ 1 , τ 2 , τ 3 , τ 4 caused by interference, respectively, with a duration of τ P1 , τ P2 , τ P3 , τ P4 , different amplitudes U P , at this:
-τП1<<τ1<ТД, τП2<<τ2<ТД, τП3<<τ3<ТД, τП4<<τ4<ТД;-τ P1 << τ 1 <T D , τ P2 << τ 2 <T D , τ P3 << τ 3 <T D , τ P4 << τ 4 <T D ;
-в моменты 9, 13, 18 и 23 соответственно запоминаются сбойные значения αC1, αC2, αC3, αC4, формируемые датчиком угла;- at
В момент 12 формируется достоверное значение датчика угла α12Д=αИ1, так как α10=α11=αИ1, UД=1, при этом сбойное значение α9=αC1 игнорируется.At
В момент 16 формируется достоверное значение датчика угла α16Д=αИ1, так как α10=α11=αИ1, UД=1, при этом сбойное значение α13=αС2 игнорируется.At
В момент 20 формируется достоверное значение датчика угла α0=αИ1, так как α17=α19=αИ1, UД=1, при этом сбойное значение α18=αC3 игнорируется.At
В момент 24 достоверное значение датчика угла сохраняется с предыдущего цикла α24Д=αИ1, так как α21=αИ1 α22=αИ2, α23=αС4, то есть α21≠022, α21≠α23, α22≠α23, при этом UД=0.At
В момент 28 формируется достоверное значение датчика угла α28Д=αИ2, так как α26=α25=αИ2, UД=1.At time 28, a reliable value of the angle sensor α 28Д = α И2 is formed , since α 26 = α 25 = α И2 , U Д = 1.
На фиг.4 представлен график управления положением СБ предлагаемым способом с коррекцией расчетного угла и соответствующий ему график формирования сигнала достоверности измеренного значения датчика угла, где:Figure 4 presents a graph of the control of the SB position by the proposed method with the correction of the calculated angle and the corresponding graph of the formation of the signal of reliability of the measured value of the angle sensor, where:
UД - сигнал достоверности измеренного значения датчика угла;U D - the signal of reliability of the measured value of the angle sensor;
αЗАД - заданный угол СБ;α REF - set angle SB;
αДОСТ - достоверный измеренный угол СБ;α DOS - reliable measured angle SB;
αРАСЧ - расчетный угол СБ;α RASCH - estimated angle SB;
αЗАД1, αЗАД3 - заданные углы на моменты окончания вращения СБ;α ZAD1 , α ZAD3 - given angles at the moments of the end of rotation of the SB;
αЗАД2, αЗАД4 - заданные углы на моменты начала вращения СБ;α ZAD2 , α ZAD4 - given angles at the moments of the beginning of rotation of the SB;
αДОСТ1, αДОСТ2 - достоверные измеренные углы на моменты окончания вращения СБ;α DOST1 , α DOST2 - reliable measured angles at the moments of the end of rotation of the SB;
αРАСЧ1, αРАСЧ2 - расчетные углы на моменты окончания вращения СБ;α RASCH1 , α RASCH2 - design angles at the moments of the end of rotation of the SB;
σ - угловая величина одного дискретного сектора датчика угла;σ is the angular value of one discrete sector of the angle sensor;
29, 33 - моменты прекращения вращения СБ;29, 33 - moments of termination of rotation of the SB;
30, 34 - моменты начала вращения СБ;30, 34 - moments of the beginning of rotation of the SB;
31 - моменты прекращения формирования сигнала достоверности;31 - moments of termination of the formation of a signal of reliability;
32 - момент возобновления формирования сигнала достоверности;32 - the moment of renewal of the formation of the signal of reliability;
αПР - порог рассогласования заданного и запомненного углов;α PR is the mismatch threshold of a given and stored angles;
αОТП - угол отпускания;α OTP - angle of release;
Δ1, Δ2 - углы рассогласования между расчетными и достоверными значениями углов.Δ 1 , Δ 2 - mismatch angles between the calculated and reliable values of the angles.
На приведенной на фиг.4 циклограмме показаны изменения заданного αЗАД, достоверного измеренного αДОСТ и расчетного αРАСЧ значений углов СБ.The diagram in Figure 4 shows changes in a predetermined sequence diagram SETP α, α ACCESS valid measured and calculated α INTS Sa angles.
В момент 29 достижения рассогласования между расчетным αРАСЧ=αРАСЧ1 и заданным αЗАД=αЗАД1 углами менее порога отпускания αОТП, то есть выполняется условия (14), вращение СБ прекращается.At the
В момент 30 рассогласование между заданным углом αЗАД=αЗАД2 и запомненным заданным углом αЗАД3=αЗАД1 превышает порог рассогласования заданного и запомненного углов αПР, то есть выполняется условие (10), при этом рассогласование между расчетным αРАСЧ=αРАСЧ1 и заданным αЗАД=αЗАД2 углами более порога отпускания αОТП, то есть выполняется условие (12). Кроме того, в момент 30 сформирован сигнал достоверности UД=1 и рассогласование Δ1 между расчетным αРАСЧ=αРАСЧ1 и достоверным αДОСТ=αДОСТ1 углами более величины дискретного сектора датчика угла σ, то есть выполняется условие (11). Учитывая сформированные условия в момент 30, осуществляется коррекция расчетного угла, при этом корректируется расчетный угол по сформированному достоверному значению, то есть αРАСЧ=αДОСТ1. Далее осуществляется вращение СБ, во время которого производится вычисление расчетного угла по уравнению (13).At
В момент 33 достижения рассогласования между расчетным αРАСЧ=αРАСЧ2 и заданным αЗАД3=αЗАД3 углами менее порога отпускания αОТП, то есть выполняется условия (14), вычисление расчетного угла и вращение СБ прекращается. Отсутствие достоверного значения измеренного угла от момента 31 до момента 32 не влияет на значение расчетного угла.At the
В момент 34 величина рассогласования между текущим заданным углом αЗАД=αЗАД4 и запомненным заданным углом αЗАДЗ=αЗАД3 превышает порог рассогласования заданного и запомненного углов αОТП, то есть выполняется условие (10), при этом рассогласование между расчетным αРАСЧ=αРАСЧ2 и заданным αЗАД=αЗАД4 углами значительно более порога отпускания αОТП, то есть выполняется условие (12). Кроме того, в момент 33 сформирован сигнал достоверности UД=1 и рассогласование Δ1 между расчетным αРАСЧ=αРАСЧ2 и достоверным αДОСТ=αДОСТ2 углами менее величины дискретного сектора датчика угла σ, то есть условие (11) не выполняется. Учитывая сформированные условия в момент 33, коррекция расчетного угла не производится. Далее осуществляется вращение СБ, во время которого производится вычисление расчетного угла по уравнению (13).At
Предлагаемый способ управления позволяет обеспечить правильную ориентацию СБ при кратковременных сбоях информации от датчика угла, вызываемыми, например, статическими разрядами, за счет сравнительного анализа информации об угловом положении СБ, получаемой в различные моменты времени, а также за счет уменьшения влияния сбойных значений, формируемых датчиком угла СБ на расчетный угол в связи с увеличением интервалов коррекции расчетного угла СБ по фактическому значению, и, таким образом, обеспечить величину тока, достаточную для функционирования бортового оборудования, что повышает живучесть КА в целом.The proposed control method allows us to ensure the correct orientation of the SB during short-term failures of information from the angle sensor caused, for example, by static discharges, due to a comparative analysis of information on the angular position of the SB obtained at different points in time, as well as by reducing the influence of fault values generated by the sensor SB angle by the calculated angle due to the increase in the intervals for the correction of the calculated SB angle by the actual value, and, thus, to provide a current value sufficient for the function nirovaniya airborne equipment that increases the survivability of the spacecraft as a whole.
Источники информацииInformation sources
1. Бортовые системы управления космическими аппаратами. Под ред. д.т.н, проф. А.С.Сырова. М., изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010, с.219, 243.1. Onboard spacecraft control systems. Ed. Doctor of Technical Sciences, prof. A.S. Syrova. M., publishing house MAI-PRINT, 2010, p. 219, 243.
2. Электростатические разряды на поверхности космических аппаратов и их воздействие на бортовую кабельную сеть. А.Н.Дорофеев. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2007, с.25. www.dslib.net/kondensat/jelektrostaticheskie-razrjady-na-poverhnosti-kosmicheskih-apparatov-i-ih-vozdejstvie.html.2. Electrostatic discharges on the surface of spacecraft and their impact on the onboard cable network. A.N. Dorofeev. The dissertation for the degree of candidate of technical sciences. M., 2007, p. 25. www.dslib.net/kondensat/jelektrostaticheskie-razrjady-na-poverhnosti-kosmicheskih-apparatov-i-ih-vozdejstvie.html.
3. Патент РФ 2356788, В64С 1/00, 28.12.2007 г.3. RF patent 2356788,
Claims (1)
αОТП ≈ αТОРМ,
где αОТП - порог отпускания,
вращают солнечную батарею в направлении уменьшения рассогласования между расчетным и заданным углами и прекращают ее вращение при достижении порога отпускания, отличающийся тем, что задают угловую скорость вращения солнечной батареи, превышающую на порядок и более угловую скорость вращения космического аппарата вокруг Земли, перед началом управления запоминают заданный угол и принимают начальное значение расчетного угла за достоверное значение текущего угла, задают порог рассогласования заданного и запомненного углов как:
где αРАЗГ - угол разгона солнечной батареи;
αТОРМ - угол торможения солнечной батареи;
αПР - порог рассогласования заданного и запомненного углов;
IMIN - минимально допустимый ток, вырабатываемый солнечной батареей;
IMAX - максимально возможный ток, вырабатываемый солнечной батареей,
разбивают круг датчика угла на равные дискретные сектора величиной:
(αРАЗГ + αТОРМ)< σ < αПР,
где σ - угловая величина одного дискретного сектора датчика угла, принимают положения биссектрис указанных дискретных секторов соответствующими измеряемым датчиком угла значениям, задают период определения достоверного значения текущего угла на порядок и более максимальной длительности сбоя информации, поступающей от датчика угла, и менее минимального интервала следования сбоев указанной информации, определяют достоверное значение текущего угла, при этом разбивают каждый из указанных периодов на четыре равных интервала времени, в конце первого, второго и третьего интервалов запоминают, соответственно, первое, второе и третье измеренные значения текущего угла, а в конце четвертого интервала считают достоверным значением текущего угла первое запомненное значение при совпадении его со вторым или третьим запомненными значениями, либо второе запомненное значение при совпадении его с третьим, и формируют сигнал достоверности, сбрасывают сигнал достоверности, если указанных совпадений нет или два из трех запомненных значений не соответствуют угловым положениям биссектрис дискретных секторов датчика угла, если заданный угол отличается от запомненного заданного угла на момент окончания предыдущего вращения на величину более порога рассогласования между указанными углами, то присваивают расчетному углу значение достоверного текущего угла, если разность между расчетным и достоверным текущим углами превышает величину дискретного сектора датчика угла и сформирован сигнал достоверности, при этом вращают солнечную батарею, если рассогласование между расчетным и заданным углами более порога отпускания, а в момент достижения порога отпускания запоминают новое значение заданного угла. A method of controlling the orientation of the solar battery of a spacecraft with protection against short-term failures of information about the angular position of the solar battery, which consists in determining the predetermined angle of the solar battery as the position of the projection of a unit direction vector onto the Sun on the plane of rotation of the normal to its working surface relative to those associated with the spacecraft coordinate axes, measure the current angle of the solar battery as the angular position of the normal to the working surface of the solar battery in the plane of its rotation Up to a discrete sector of the angle sensor, they calculate the calculated angle as the product of the angular velocity of the solar battery by the time of its rotation, determine the take-off and braking angles, set the release threshold, less than which the mismatch between the set and calculated angles of the solar battery stops, such as:
α OTP ≈ α TORM ,
where α OTP is the release threshold,
they rotate the solar battery in the direction of reducing the mismatch between the calculated and predetermined angles and stop its rotation when the drop threshold is reached, characterized in that they set the angular speed of rotation of the solar battery, which is an order of magnitude or more the angular speed of rotation of the spacecraft around the Earth, remember angle and take the initial value of the calculated angle as a reliable value of the current angle, set the mismatch threshold of the given and stored angles as:
where α RAG is the angle of acceleration of the solar battery;
α TORM - angle of braking of the solar battery;
α PR is the mismatch threshold of a given and stored angles;
I MIN - minimum allowable current generated by the solar battery;
I MAX - the maximum possible current generated by the solar battery,
break the circle of the angle sensor into equal discrete sectors with the value:
(α RAG + α TORM ) <σ <α PR ,
where σ is the angular value of one discrete sector of the angle sensor, take the positions of the bisectors of these discrete sectors corresponding to the values measured by the angle sensor, set the period for determining the reliable value of the current angle by an order of magnitude and more than the maximum duration of the failure of the information received from the angle sensor, and less than the minimum interval of the following failures the specified information, determine the reliable value of the current angle, while each of these periods is divided into four equal time intervals, in At the end of the first, second and third intervals, respectively, the first, second and third measured values of the current angle are stored, and at the end of the fourth interval, the first stored value when it coincides with the second or third stored values, or the second stored value when coincided it with the third one, and they generate a confidence signal, reset the confidence signal if there are no such matches or two of the three stored values do not correspond to the angular positions of the bisse tris of discrete sectors of the angle sensor, if the specified angle differs from the stored predetermined angle at the time of the end of the previous rotation by an amount greater than the mismatch threshold between the specified angles, then the calculated angle is assigned the value of the valid current angle, if the difference between the calculated and valid current angles exceeds the value of the discrete sector of the sensor angle and a confidence signal is generated, while the solar battery is rotated if the mismatch between the calculated and specified angles is more than the release threshold I, and at the moment of reaching the release threshold, they remember the new value of the given angle.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150755/11A RU2509692C1 (en) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | Method of control over spacecraft solar battery with protection against short-term faults of data on solar battery angular battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012150755/11A RU2509692C1 (en) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | Method of control over spacecraft solar battery with protection against short-term faults of data on solar battery angular battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2509692C1 true RU2509692C1 (en) | 2014-03-20 |
Family
ID=50279638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012150755/11A RU2509692C1 (en) | 2012-11-28 | 2012-11-28 | Method of control over spacecraft solar battery with protection against short-term faults of data on solar battery angular battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2509692C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706643C2 (en) * | 2016-08-19 | 2019-11-19 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for monitoring performance of solar battery of spacecraft with inertial actuators |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5257759A (en) * | 1991-11-27 | 1993-11-02 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for controlling a solar wing of a satellite using a sun sensor |
US5653407A (en) * | 1993-09-23 | 1997-08-05 | Societe Nationale Industrielle Et Aerospatiale | Geocentric pointing three-axis stabilised satellite in low orbit with single-axis steerable solar generator |
US6227497B1 (en) * | 1998-08-19 | 2001-05-08 | Mobile Communications Holdings, Inc. | Adaptively positioned solar array |
RU2208559C1 (en) * | 2001-10-29 | 2003-07-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Method of determination of inertial characteristics of spacecraft in the course of control by means of powered gyroscopes and jet engines |
RU2242408C1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-12-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" | Method for control of position of solar batteries of space vehicle and system for its realization |
RU2356788C1 (en) * | 2007-12-28 | 2009-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of controlling spacecraft solar battery position |
-
2012
- 2012-11-28 RU RU2012150755/11A patent/RU2509692C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5257759A (en) * | 1991-11-27 | 1993-11-02 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for controlling a solar wing of a satellite using a sun sensor |
US5653407A (en) * | 1993-09-23 | 1997-08-05 | Societe Nationale Industrielle Et Aerospatiale | Geocentric pointing three-axis stabilised satellite in low orbit with single-axis steerable solar generator |
US6227497B1 (en) * | 1998-08-19 | 2001-05-08 | Mobile Communications Holdings, Inc. | Adaptively positioned solar array |
RU2208559C1 (en) * | 2001-10-29 | 2003-07-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Method of determination of inertial characteristics of spacecraft in the course of control by means of powered gyroscopes and jet engines |
RU2242408C1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-12-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" | Method for control of position of solar batteries of space vehicle and system for its realization |
RU2356788C1 (en) * | 2007-12-28 | 2009-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Method of controlling spacecraft solar battery position |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706643C2 (en) * | 2016-08-19 | 2019-11-19 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for monitoring performance of solar battery of spacecraft with inertial actuators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4023408A (en) | Stormscope | |
RU2242408C1 (en) | Method for control of position of solar batteries of space vehicle and system for its realization | |
CN109975834B (en) | Satellite-borne computer on-orbit clock drift accurate measurement system and measurement method | |
US20050174560A1 (en) | Multi-beam laser rangefinder | |
Valentic et al. | AMISR the advanced modular incoherent scatter radar | |
US20170191472A9 (en) | Method and system for a programmable and fault tolerant pulsed plasma thruster | |
RU2509692C1 (en) | Method of control over spacecraft solar battery with protection against short-term faults of data on solar battery angular battery | |
Anz-Meador et al. | The space debris sensor experiment | |
Freire et al. | Timing the eccentric binary millisecond pulsar in NGC 1851 | |
RU2356788C1 (en) | Method of controlling spacecraft solar battery position | |
Koons | Summary of environmentally induced electrical discharges on the P78-2 (SCATHA) satellite | |
CN110894820A (en) | Yaw control system and method for wind generating set | |
RU2368545C1 (en) | Method of controlling space vehicle solar battery position | |
RU2465179C1 (en) | Method of spacecraft solar battery orientation by electric current | |
RU2509693C1 (en) | Method of control over spacecraft solar battery orientation with control over spinning direction and continuous change of data on solar battery angular position | |
Chou | Measuring the orbital periods of low mass X-ray binaries in the X-ray band | |
RU2465180C1 (en) | Method of spacecraft solar battery position control during partial failures of aspect sensor | |
Eastment et al. | Satellite observations using the Chilbolton radar during the initial ESA ‘CO-VI’tracking campaign | |
KR102252061B1 (en) | Apparatus and method to test location tracking system | |
Tuzzolino et al. | The Space Dust (SPADUS) instrument aboard the Earth-orbiting ARGOS spacecraft: II–results from the first 16 months of flight | |
CN103983275B (en) | Double reference signal source aircraft directions scaling method | |
RU2354591C2 (en) | Method of determining spacecraft solar battery maximum output | |
RU2581106C1 (en) | Method for automatic orientation of spacecraft and solar panel during failure of solar panel rotation device | |
RU2368547C1 (en) | Method of controlling space vehicle solar battery position | |
RU2509694C1 (en) | Method of control over spacecraft solar battery orientation with limitation of solar battery turn angle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181129 |