UDK 517.977.5-629.783 Doi: 10.31772/2712-8970-2021-22-4-649-659
Оптимальное управление разведением спицы трансформируемого рефлектора при наличии возмущений
Кабанов С. А., Кабанов Д. С., Никулин Е. Н., Митин Ф. В.
Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д. Ф. Устинова» Российская Федерация, 199005, г. Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1
Одним из перспективных видов космических аппаратов являются крупногабаритные транс-формируемые рефлекторы. Такие аппараты доставляются на заданною орбиту в сложенном виде, а затем разворачиваются до рабочего состояния. Большая апертура позволяет значительно рас-ширить возможности антенны. При этом возникают задачи плавного и надёжного раскрытия, настройки формы радиоотражающего сетеполотна, регулировка орбитального положения. Ввиду того что процесс раскрытия занимает длительное время, учёт возмущающих воздействий является важной проблемой. Наличие радиации, большого перепада температур, солнечного ветра оказывает влияние на всю систему и, главным образом, на диаграмму направленности. Также необходимо плавно раскрыть элементы конструкции, так как с увеличением диаметра радиоотражающей поверхности возрастают моменты инерции антенны, что приводит к длительным колебаниям. В данной работе рассмотрен процесс разведения спицы рефлектора при наличии возмущений и ошибок измерений. Решение задачи представлено с использованием теоремы разделения. Для оценивания параметров системы при наличии шумов измерений применен фильтр Калмана. Показана его работоспособность при различных значениях интенсивности шума. В качестве внешних возмущений и шумов измерений выбран случайный процесс типа белого шума. Задача управления решается при использовании алгоритма оптимального управления по иерархии целевых критериев. Показана возможность минимизации энергетических затрат путем интервального включения измерительных датчиков. Представлены результаты численного моделирования.
Ключевые слова: алгоритм последовательной оптимизации, крупногабаритный трансформи-руемый рефлектор, оптимальная фильтрация, математическая модель, моделирование.
References

1.  Puig, L., Barton, A., Rando, N. A review on large deployable structures for astrophysics missions. Acta Astronautica. 2019. Vol. 67(1). P. 12–26.

2.  Полянский И. С., Архипов Н. С., Мисюрин С. Ю. О решении проблемы оптимального управления адаптивной многолучевой зеркальной антенной // Автомат. и телемех. 2019. № 1. С. 83–100.

3.  Статический и модальный анализ силовой конструкции прецизионного крупногабаритного антенного рефлектора из полимерных композиционных материалов / А. Ю. Власов, Н. А. Амельченко, К. А. Пасечник и др. // Сибирский журнал науки и технологий. 2017. № 4. С. 897–901.

4.  Nie R., He B., Zhang L. Deployment dynamics modeling and analysis for mesh reflector antennas considering the motion feasibility // Nonlinear Dyn. 2018. Vol. 91. P. 549–564.

5.  Thomson M. W. The AstroMesh Deployable Reflector. IUTAM-IASS Symposium on Deployable Structures: Theory and Applications. 2000. P. 435–446.

6.  Dynamics of a deployable mesh reflector of satellite antenna: form finding and modal analysis / P. Li, C. Liu, Q. Tian // J Comput. NonlinearDyn. 2016. Vol. 11(4). P. 549–564.

7.  Резник С. В., Чубанов Д. Е. Моделирование динамики раскрытия крупногабаритного трансформируемого рефлектора космической антенны из композиционного материала // Вестник Рос. ун-та дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2018. Т. 19, №. 4. С. 411–425.

8.  Бакулин В. Н., Борзых С. В. Моделирование динамики процесса раскрытия крупногабаритных трансформируемых космических конструкций // Изв. высш. учебн. завед. Авиационная техника. 2020. № 4. С. 50–56.

9.  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.

10.  Кабанов С. А., Зимин Б. А., Митин Ф. В. Разработка и анализ математических моделей раскрытия подвижных частей трансформируемых космических конструкций. Ч. I // Мехатроникаавтоматизацияуправление. 2020. Т. 20, № 1. C. 5164.

11.  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. 717724.

12.  Development for petal-type deployable solid-surface reflector by uniaxial rotation mechanism / H. Huang, Q. Cheng, L. Zheng, Y. Yang // Acta Astronautica. 2021. No. 178. P. 511521.

13.  Ишков В. Н. Воздействие солнечных активных явлений на околоземное космическое пространство и возможность их прогноза // Сложные системы. 2012. № 4 (5). С. 2141.

14.  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. 9297.

15.  Кабанов С. А., Митин Ф. В. Оптимизация процессов раскрытия и создания формы  трансформируемого рефлектора космического базирования // Изв. РАН. ТиСУ. 2021. № 2.  С. 106–125.

16.  Кабанов С. А., Кабанов Д. С. Управление разведением спиц крупногабаритного трансформируемого рефлектора с использованием алгоритма последовательной оптимизации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. № 22(8). С. 433–441.

17.  Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М. : Наука, 1987. 712 с.

18.  Кабанов С. А. Оптимизация динамики систем при действии возмущений. М. : Физматлит, 2008. 200 с.

19.  Кабанов Д. С. Оптимальное управление ядерным реактором с учетом случайных возмущений // Приборостроение. 2009. № 5. С. 27–30.

20.  Микропривод [Электронный ресурс]. URLhttp://www.microprivod.ru/catalog/phytronseriya-vssspase-dlya-rabotyi-v-kosmose,diametr-19-125-mm.html(дата обращения 10.10.2021).

21.  Пинтер-Плоттер.ру [Электронный ресурс]. URL: https://printer-plotter.ru/3d-oborudovanie/ 3d-scanners/rangevision/?yclid=5975775935832053836 (датаобращения 10.10.2021).

22.  СКБ ИС [Электронный ресурс]. URLhttp://www.skbis.ru/index.php?p=3&c=18&d=128(дата обращения 10.10.2021).

23.  Малышев В. В., Красильщиков М. Н., Карлов В. И. Оптимизация наблюдения и управления летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1989. 312 с.

24.  Оптимальное управление разведением спицы трансформируемого рефлектора при наличии возмущений / С. А. Кабанов, Д. С. Кабанов, Е. Н. Никулин, Ф. В. Митин // Системный анализ, управление и навигация : тез. докладов. М. : Изд-воМАИ, 2021. С. 168169.


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.

Кабанов Дмитрий Сергеевич – кандидат технических наук, научный сотрудник; НИЛ РИУС БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова. E-mail: kabanovds@mail.ru.

Никулин Евгений Николаевич – доктор технических наук, профессор, заместитель директора Института систем вооружения; БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова. E-mail: nikulin_en@voenmeh.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.


  Оптимальное управление разведением спицы трансформируемого рефлектора при наличии возмущений