UDK 517.977.5-629.783
Doi: 10.31772/2712-8970-2021-22-4-577-588
Решение задачи фильтрации при оптимальной настройке радиоотражающего сетеполотна трансформируемого рефлектора
Кабанов С. А., Митин Ф. В.
Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д. Ф. Устинова»;
Российская Федерация, 199005, г. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1
В данной работе рассматривается решение задачи фильтрации с применением фильтра Кал-мана при оптимальной настройке радиоотражающего сетеполотна. Рассмотрен крупногабарит-ный трансформируемый рефлектор космического базирования. В процессе выведения данной кон-струкции на заданную орбиту возможен уход реальной формы радиоотражающего сетеполотна от желаемой. Для обеспечения поточечной настройки активной части сетеполотна применяется тросо-вантовая система. Узловые точки радиоотражающей поверхности связаны с тыльной стороной сетеполотна через ванты. В них встроены актюаторы, позволяющие изменять длину вант. В качестве исполнительного органа выбран пьезоактюатор. Путем поточечной настройки пьезоактюаторов происходит натяжение сетеполотна до необходимой формы. Это позволяет обеспечивать качественную диаграмму направленности и высокий уровень сигнала при приёме-передаче данных. Приведены конкретные значения возмущающих воздействий. Для измерения на-пряжения питания на пьезоактюаторе и длины ванты применяются преобразователь напряжения и лазерный сканер. Определены возможные отклонения от расчётного начального положения. В соответствии с принципом разделения сперва решается задача оценивания, затем задача управления. Задача оценивания решается с использованием фильтра Калмана. Задача управления – с использованием алгоритма оптимального управления по иерархии целевых критериев. Представлены результаты численного моделирования. Показано успешное решение поставленной задачи при вариативных значениях шумов измерений и возмущающих воздействий. Приведено сравнение с траекториями, полученными с использованием различных алгоритмов оптимального управления.
Ключевые слова: алгоритм последовательной оптимизации, крупногабаритный трансформи-руемый рефлектор, радиоотражающее сетеполотно, пьезоактюатор, математическая модель, моделирование.
References
1. Вовасов В. Е., Бетанов
В. В., Герко С. А. Методика калибровки навигационного приемника ГЛОНАСС при
использовании двухчастотных комбинаций измерений псевдопоследовательностей //
Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21, № 5. С. 137–144.
2. Фёдоров А. В., Хоанг Ву.
Т. Программный комплекс для проектирования алгоритмов управления движением
сервисного модуля на геостационарной орбите // Вестник Московского авиационного
ин-та. 2020. Т. 27, № 4. С. 192–205.
3. Каzаntsеv Z. А. Deployment concept mechanical system of a
radar antenna for space purposes // Сибирскийжурналнаукиитехнологий. 2017. Т. 18, №
4. С. 858–867.
4. Xuelin D., Jingli D., Hong B., Guohui S., Deployment analysis of
deployable antennas considering cable net and truss flexibility // Aerospace
Science and Technology. 2018. Vol. 82–83.
P. 557–565.
5. Wang H. Multifrequency Spaceborne Deployable Radiometer Antenna Designs
// IEEE Aerospace and electronic systems magazine. 2020. Vol. 35, Nо. 5. P. 28–35.
6. Deployable reflector system for satellite applications, in: 2005 SBMO /
M. Terada,
N. Bludworth, J. Moore et al. // IEEE MTT-S International Conference on
Microwave and Optoelectronics. Brazil. 2005. P.
647–656.
7. Li T. Deployment analysis and control of deployable space antenna //
Aerospace Science and Technology. 2012. Vol. 18, Nо. 1. P. 42–47.
8. Резник С. В., Чубанов Д.
Е. Моделирование динамики раскрытия крупногабаритного трансформируемого
рефлектора космической антенны из композиционного материала // Вестник
Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2018.
Т. 19, № 4. С. 411–425.
9. Метод расчёта
напряженно-деформированного состояния вантовооболочечных конструкций
космических антенн рефлекторов / А. В. Бельков, С. В. Белов, А. П. Жуков и др.
// Вестник Томского гос. ун-та. Математика и механика. 2019. № 62. С. 5–18.
10. Разработка
расчетно-экспериментального метода модального анализа / В. А. Бернс,
В. Е. Левин, Д. А. Красноруцкий и др. // Космические аппараты и технологии.
2018. Т. 2,
№ 3(25). С. 125–133.
11. Кабанов С. А., Зимин Б. А., Митин Ф.
В. Разработка и анализ математических моделей раскрытия подвижных частей
трансформируемых космических конструкций. Ч. I // Мехатроника, автоматизация,
управление. 2020. Т. 20, № 1. C.
51–64.
12. Кабанов С. А., Зимин Б. А., Митин Ф.
В. Разработка и анализ математических моделей раскрытия подвижных частей
трансформируемых космических конструкций. Ч. II // Мехатроника, автоматизация,
управление. 2020. Т. 21, № 2. C. 117–128.
13. Kabanov
S. A., Mitin F. V. Optimization of the stages of deploying a large-sized
space-based reflector // Acta Astronautica, Special Issue on 6th SFS 2019. 2020. Vol. 176. P. 717–724.
14. Development
for petal-type deployable solid-surface reflector by uniaxial rotation
mechanism / H. Huang, Q. Cheng, L. Zheng, Y. Yang // Acta Astronautica. 2021. № 178. P. 511–521.
15. Тайгин В. Б., Лопатин А. В. Метод
обеспечения высокой точности формы рефлекторов зеркальных антенн космических
аппаратов // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 4 (30).
С. 200–208.
16. Kalabegashvili
G. I., Bikeev E. V., Mathylenko M. G. Determination of the minimal reflecting
surface points number required for assessment of large-size transformable
antenna pattern deviation // Сибирскийжурналнаукиитехнологий. 2018. Т. 19, № 1. С. 66–75.
17. Ишков В. Н. Воздействие солнечных
активных явлений на околоземное космическое пространство и возможность их
прогноза // Сложные системы. 2012. № 4 (5). С. 21–41.
18. Влияние солнечной активности на
магнитосферу Земли / Б. Б. Михаляев, С. Б. Дертеев, И. Ю. Лагаев, Т. Т. Осмонов
// Актуальные проблемы современной физики и математики. 2017. С. 92–97.
19. Панич А. Е.
Пьезокерамические актюаторы. Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2008. 159 с.
20. ПИН-50-У-4/20-ДХ – преобразователь
измерительный постоянного и переменного напряжения [Электронный ресурс]. URL:
https://www.electronpribor.ru/catalog/850/pin-50-u-420-dh.htm (дата обращения:
10.10.2021).
21. 3D‑сканеры RangeVision [Электронный ресурс]. URL: https://printer-plotter.ru/
3d-oborudovanie/3d-scanners/rangevision/?yclid=5975775935832053836 (дата
обращения: 10.10.2021).
22. Управление пьезоактюатором для настройки отражающей
поверхности рефлектора космического базирования / С. А. Кабанов, Ф. В. Митин,
А. И. Кривушов, Е. А. Улыбушев // Изв. вузов. Авиационная техника. 2018.
№ 4. С. 111–116.
23. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М. :
Наука, 1987. 712 с.
24. Кабанов
С. А. Оптимизация динамики систем при действии возмущений. М. : Физматлит,
2008. 200 с.
25. Кабанов Д. С. Оптимальное управление
ядерным реактором с учетом случайных возмущений // Приборостроение. 2009. № 5.
С. 27–30.
26. Кабанов С. А. Управление системами на
прогнозирующих моделях. СПб. : Изд-во СПбГУ, 1997. 200 с.
27. Кабанов С.
А., Митин Ф. В. Оптимизация процессов раскрытия и создания формы
трансформируемого рефлектора космического базирования // Изв. РАН. ТиСУ. 2021.
№ 2.
С. 106–125.
28. Кабанов С. А., Митин Ф. В. Оптимальное управление
пьезоактюатором для настройки радиоотражающего сетеполотна космического
рефлектора // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64, № 3. С. 183–191.
29. Малышев В. В., Красильщиков М. Н., Карлов В. И.
Оптимизация наблюдения и управления летательных аппаратов. М. : Машиностроение,
1989. 312 с.
30. Кабанов
С. А., Митин Ф. В., Шевчик А. А. Решение задачи фильтрации при оптимальной
настройке радиоотражающего сетеполотна трансформируемого рефлектора //
Системный анализ, управление и навигация : тез. докладов. М. : Изд-во МАИ,
2021. С. 170–171.
Кабанов Сергей Александрович – доктор технических наук, профессор кафедры cистем
управления и компьютерных технологий; БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова».
E-mail: kaba-sa@mail.ru.
Митин
Фёдор Васильевич – кандидат технических наук, доцент кафедры систем управления и
компьютерных технологий; БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова». E-mail:
fedor28@list.ru.
