Большие космические конструкции и деформируемые космические аппараты: Модели, методы исслед. и принципы управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, доктор технических наук в форме науч. докл. Суханов, Виктор Миньонович

• Суханов, Виктор Миньонович
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1998

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Суханов, Виктор Миньонович

Заключение

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1- Создан стройный методологический подход к решению проблемных задач управления в классе деформируемых КА (ДКА), основанный на принятии концепций модально-физической формы описания динамики этих объектов, который позволяет на практике реализовать последовательно-непротиворечивую структуру проектирования современной (т.е. многоуровневой) системы управления даже такими сложным динамическим объектами, какими являются большие космические конструкции.

2- Впервые (1971) предложен новый метод описания углового движения деформируемого космического аппарата (модально-физическая модель ДКА), основанный на идее разделения наблюдаемого движения на жесткую и упру гую части, и отлйчающийся от известных сопоставимостью (х = х + ]Г Зс,. ) используемых координат и высокой степенью физичности парамтров модели.

3- Впервые (1996) найдено точное количественное определение большой косми ческой конструкции(БКК), позволяющее с первых же шагов проектирования космического аппарата оценить его принадлежность к тому или иному типу ДКА и в соответствии с этим принять своевременное и правильное решение в выборе методов синтеза управляющих систем для данного объекта.

4- Предложен новый инструмент анализа и синтеза динамических свойств ДКА как объекта регулирования - "портрет" динамики конструкции, позволяющий еще до проектирования регулятора увидеть специфику объекта, его скрытые возможности и осуществить допустимое улучшение его механической структуры с "целью получения впоследствии регулятора минимальной сложности.

5- Впервые (1972) предложен точный метод синтеза и анализа нелинейных систем управления ориентацией одномодальных ДКА - метод фазовой биплос-кости и построено его расширение (1996) для приближенного решения того же класса задач применительно к многочастотным ДКА - метод размытой фазовой биплоскости.

6- Найдены решения ряда важных фундаментальных задач теории управления деформируемыми КА:

- Определена роль фазовых отношений во взаимодействии управления с упругостью конструкции как главная причина, опрёдемшщая характер развития колебательных процессов при управлении ДКА.

-Ввведено понятие устойчивости по упругим колебаниям в смысле ограниченности движения упругой части управляемого ДКА в некоторой малой, наперёд заданной области его существования и определены соответствующие условия X -устойчивости. - Доказана принципиальная возможность использования упругих свойств конструкции ДКА с целью повышения мгновенной точности ориентации по сравнению С эквивалентным абсолютно жестким КА.

7- Разработан оригинальный метод синтеза расширенного наблюдателя, решающего задачи оценки вектора начального состояния ДКА в координатах его модально-физической модели и идентификации параметров этой модели по результатам дискретных измерений неполного выхода реального объекта.

8- Сформулированы и доведены до состояния структурной реализации с последующей проверкой работоспособности средствами вычислительной техники три новых подхода (способа) к управлению ориентацией ДКА и БКК.

Совокупность перечисленных результатов диссертационной работы может рассматриваться как новое научное направление в области применения вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях и при решении прикладных задач теории и практики создания современных систем управления сложными объектами космической техники нового поколения - большими космическими конструкциями, предназначенными для решения неотложных задач экологически-непротиворечивого развития человечества.

Список работ, опубликованных по теме диссертации » период 1971-1997 г.г.:

1. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Фазовая биплоскость как метод исследования динамики космических аппаратов с ограниченной жесткостью конструкции. Труды 5-го Всесоюзного совещания по проблемам управления. М.: Наука, 1971.

1 ,а. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., Phase doubleplane as a method to stady the dynamics of spacecraft with limted constructive rigidity. 5-th world Congress IFAC, Paris. 1972.

2. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Об устойчивости репейных систем управления ориентацией деформируемых спутников. //. Сб. Управление в пространстве. Т. 1.-М.: Наука, 1973. С.37-43.

Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., Specific reley control of flexible satellites. ' :5-th IFAC Simposium on automatic control in space. Genova. 1973.

3,a. Рутковский В.Ю., Суханов B.M. Особенности релейного управления деформируемыми спутниками.// Сб. Управление в пространстве. T.l. М.: Наука, 1975. С. 174-183.

4. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M. Attitude control algorithms in flexible satellites using information on the phase of elastik oscillations. 6-th IFAC Simposium on automatic control in space. 1974.

4.а. Рутковский В.Ю., Суханов B.M. Алгоритмы управления ориентацией деформируемых спутников с использованием информации о фазе упругих колебаний//Сб. Управление в пространстве. Т.2. М.: Наука, 1976. С.297-305.

5. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M. Fundamentals of attitude control system desig for flexible satellitesby the phase double plane method. XI International ■Symposium on space technology and science. Tokyo, 1975.

6. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., On the prediction property of flexible body spacecraft // Proceedings of the 27-th Congress of the Intenational Astronautical Federation, USA, Pergamon Press, 1976.

7. Рутковский В.Ю., Суханов B.M. Анализ и синтез систем ориентации упругих летательных аппаратов методом фазовой биплоскости. Труды III Научно-технической конференции, МАИ. Москва, 1977.

8. Суханов В.М., Хромов В.Г. Особенности динамики деформируемых космических аппаратов с упругим звеном в контуре управления. Труды VII Всесоюзного совещания по проблемам управления. Минск. "Наука". 1977.

9. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Релейные алгоритмы в фазовом управлении ориентацией деформируемых спутников; //Сб. Управление в пространстве, т. II., М.: Наука. 1978.

10. Sukhanov V.M., Khromov V.G., The dynamics of nonlocalized control of flexible satellites.// Proceedings of the 7-th IFAC World Congress on automatic control, Helsinky, Pergamon Press, v.2, p.p. 1287-1294. 1978.

11. Рутковский В.Ю., Суханов B.M. Исследование изгибных колебаний деформируемых RA методом фазовой биплоскости.// Труды научных чтений по космонавтике. М.: Наука, 1979. С. 152-159.

12. Rutkovsky V.Yu,, Sukhanov V.M., Probabilistic estimates for phase characteristics of elastic oscillations in flexible spacecraft stabilization mode. // Proceedings of the 8-th IFAC Simposium on automatic control in space, Oxvord, UK, 1979, Preprints, Pergamon Press , 1979, p.p.285-293.

13.Рутковский В.Ю.,Суханов B.M. Влияние нежесткости конструкции спутников на динамику некоторых основных режимов ориентации. Труды III Сибирского семинара по управлению космическими аппаратами. Красноярск. 1980.

14. Раевский В.А., Решетнев М.Ф., Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Спутник "Экран". Доклад на Президиуме АН СССР. 1980. *

15. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M. The Effect of Flexible Satellite Elasticity on Orientation Accuracy. Preprints Joint IFAC/ESA Simposium on Automatic control in space. The Netherlands, 5-9 July, 1982.

16. Рутковский В.Ю.,Суханов B.M. Об управлении движением деформируемых объектов без использования специальных датчиков упругих колебаний. Труды IX Всесоюзное совещание по проблемам управления. Ереван. М. 1983.

17. Рутковский В.Ю.,Суханов В.М. О возможности повышения точности ориентации деформируемых спутников за счет использования упругих свойств их конструкций. VIII Научные чтения по космонавтике. Москва, 1984.

18. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Управление существенно нежесткими механическими системами с использованием косвенной информации об упругих колебаниях конструкции. Труды V Всесоюзной конференции по управлению в механических системах Казань. 1985.

19. Суханов В.М., Рутковский В.Ю. Уравнения движения и анализ динамики конструкции деформируемых КА с разветвленной структурой. Препринт, Институт проблем vnpaeneHHa РАН, Москва, 1986.

20. Рутковскь. '|.Ю., Суханов В.М. Построение идентифицируемой модели деформируемых космических аппаратов с разветвленной структурой. Труды X Всесоюзного совещания по проблемам управления. Алма-Ата. 1986.

21. Огурцов А.И., Суханов В.М., Новая модель упругого летательного аппарата при анализе устойчивости его движения. Всесоюзная конференция по аналитической ~\анике и устойчивости движения. 1987.

22. Рутковск^л В.Ю., Суханов В.М. О возможности повышения точности ориентации деформируемых спутников за счет использования упругих свойств их конструкции. В сб. "Исследование творчества основоположников космонавтики и ее современные проблемы. Изд. Наука. Москва. 1989

23. Суханов В.М., Татаринова Е.В. Идентификация коэффициентов возбудимости упругих колебаний деформируемых космических аппаратов на основе использования модально-физической модели объекта при минимальном составе измерителей. Труды XI Всесоюзное совещание по проблемам управления, Ташкент. 1989

24. Суханов В.М., Татаринова Е.В. Автоматизация процессов исследования динамики взаимодействия регулятора с упругими колебаниями деформируемого объекта. И В сб. Математическое и программное обеспечение вычислительных информационных и управляющих систем. М.: МИЭМ, 1990.

25. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Идентификация коэффициентов возбудимости больших космических конструкций при ограниченном составе измерителей. Техн. кибернетика, 1992, №1,с.с.113-121.

26. Нехороший Ю.И., Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Идентификация параметров модально- физической модели деформируемого космического аппарата. Автоматика и телемеханика № 7 (с.с. 19-25). 1992.

27. Нехороший Ю.И., Суханов В.М. Алгоритм идентификации параметров модально-физической модели деформируемых космических аппаратов. Труды VIII Сибирского семинару по динамике управляемых космических объектов . Севастополь. 1992.

28. Нехороший Ю.И., ]»утковский B.fÖ., Суханов В.М. Об одном методе идентификации параметров модально-физической модели большой космической конструкции. Тру, (ы международной конференции по крупногабаритным конструкциям (ICOLASS-93). Новгород. 1993.

29. Рутковский В.Ю., С /ханов В.М. Модель деформируемого космического аппарата и общие характ> ристики динамики его конструкции. Техн. кибернетика ,1994, №1, с.с. 198-20«. '

30. Rutkovsky V.Yu., Sukianov V.M. Identification algorithm of the complete parameter space of a spacecraft dinamics. Control and its application. 3-rd SIAM Conference, USA . 1995. " i

31. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Нелинейные колебания управляемых деформируемых объектов и размытая фазовая биплоскость как один из возможных методов их исследования. Труды IV-ro международного семинара "Устойчивость и колебания нелинейных систем управления" , Тезисы докладов, (с.89 ), ИПУ РАН, М. 1996.

32. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Большие космические конструкции : модели, методы исследования и принципы управления. Часть!. Автоматика и телемеханика, № 7(с.с.52-65), 1996.

33. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Большие космические конструкции : модели, методы исследования, и принципы управления. Часть 2. Автоматика и телемеханика, № 8 (с.с.55-66), 1996.

34. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., Dodds S.J., "Definition and Dynamic Portrait of Large Space Structures for control System Synthesis", Proceedings of the 3-rd International Conference Dynamics and Control of Structures in Space, Cranfieod, UK, 27-31. May, 1996.

35. Борисов В.Г., Ермилова T.B., Суханов В.М. Оценивание координат модально-физической модели упругого космического аппарата. // Интегрированные бортовые комплексы. М.: ВВИД, 1996. С. 186-207.

36. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Оптимизация параметров механической структуры деформируемых космических аппаратов и больших космических конструкций. Теория и системы управления (ТК) , № 2. 1997.

37. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., Dodds S.J. Characteristic Improvements of flexible Space Structures as a control object . International Conference on control of oscillations and chaos (COC'97) St,Petersburg, Russia, aug.27-29, 1997.

38. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., Dodds S.J. Control of flexible Space vehicles using an adjustable model and alternet control laws. Europien Control Conference (ECC 97) Brussel, 1-4 July, 1997.

39. Рутковский В.Ю., Суханов B.M., Глумов В.М К задаче синтеза аитирезо-нансных алгоритмов управления ориентацией деформируемых космических аппаратов. Труды 8-го Всероссийского семинара по управлению движением и навигацией летательных аппаратов. Самара, 24-27 июня 1997.

40. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Адаптивное управление гибкими космическими аппаратами. // Сб. трудов межотраслевого научно-технического семинара - Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации,- М.: Изд. МАИ, 1997.- 272 с.

41.Богомолов В.П., Рутковский В.Ю., Суханов В.М, Проектирование оптимальной механической структуры свободноиетающего космического робото-технического модуля как объекта автоматического управления. Часть f. Автоматика и телемеханика № (принято к печати ). 1997.

42. Богомолов В.П., Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Проектирование оптимальной механической структуры свободнолетающего космического робото-технического модуля как объекта автоматического управления. Часть 2. Автоматика и телемеханика № (принято к печати). 1997.

43. Борисов.В.Г., Ермилов А.С., Ермилова Т.В., Суханов В.М. Рекуррентное оценивание координат движения деформируемого космического аппарата на основе дискретного фильтра Калмана. Сб. Интегрированные бортовые комплексы. Москва, ВВИА, (принято к печати). 1997.

А вторские свидетельства на изобретения:

1. Петров Б.Н., Раевский В.А., Рутковский В.Ю., Суханов В.М. и др. Способ релейного управления ориентацией деформируемого спутника. Авторское свидетельство №364207. 1972.

2. Мельников В.Н., Климарев. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. и др. Устройство для ориентации панелей солнечных батарей ИСЗ, ориентированного по геовертикали и по курсу. Авторское свидетельство № 89628. 1975.

3. Мельников В.Н., Климарев. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. и др. Способ управления ориентацией КЛА с упугими элементами конструкции. Авторское свидетельство № 97800. 1976.

4. Мельников В.Н., Климарев. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. и др. Способ автономного управления вращением солнечных батарей космического аппарата. Авторское свидетельством 101239. 1976.

5. Рутковский В.Ю-, Суханов В.М. и др. Способ определения упругих .колебаний деформируемого летательного аппарата. Авторское свидетельство №625448. 1978.

6. Раевский В.А., Рутковский В.Ю., Суханов В.М. и др. Способ стабилизации упругих колебаний деформируемых космических аппаратов. Авторское свидетельство №736524. 1980.

7. Раевский В.А.,Рутковский В.Ю.,Суханов В.М., и др.Устройство для стабилизации деформируемых космических аппаратов. Заявка № 3052247/40-23. Положительное решение от 04.04.83. 1983.

8. Рутковский В.Ю., Раевский В.А., Суханов В.М., и др. Авторское свидетельство №243089. 1986.

3AX.fS6.rup. 10О.ИЛЦ.