Моделирование совместного раскрытия элементов крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического базирования
Ключевые слова:
математическая модель, вращательное движение, поступательное движение, моделирование, коррекция параметров структуры управления, крупногабаритный трансформируемый рефлекторАннотация
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космического базирования доставляются на орбиту в сложенном состоянии, в следствии чего встает задача их надежного раскрытия. В данной статье предлагается использовать в качестве исполнительного органа привод в виде электрической машины. Применение данного вида актюатора позволит управлять процессом раскрытия. В качестве крупногабаритной трансформируемой конструкции рассматривается рефлектор космического базирования. В настоящее время перевод аппаратов из сложенного состояния в рабочее осуществляется поэтапно. В работе рассмотрено совместное выполнение двух этапов: разворот корневого звена спицы и выдвижение промежуточного звена. Разработаны математические модели для вращательного и поступательного видов движений, учитывающие такие параметры как изгиб и сжатие спицы. Проведено моделирование и проанализированы результаты различных вариантов совместного раскрытия элементов рефлектора: использование двигателя на каждую из компонент движения и использование центробежной силы для выдвижения спицы. Рассмотрено применение алгоритма коррекции параметров структуры управления. Одним из важных достоинств алгоритма является возможность построения управления в режиме реального времени. Его можно использовать для вычисления опорного управления в алгоритмах, основанных на принципе двухканальности.Литература
1. Бей Н.А., Зимин В.Н. Трансформируемые антенны больших размеров для геостационарных космических аппаратов. // Антенны. 2005. Вып. 10(101). C. 24–27.
2. Лопатин А. В., Рутковская М. А. Обзор конструкций современных транс-формируемых космических антенн (часть 1) // Вестник СибГАУ. 2007. №2. C. 78-81.
3. Seefeldt Patric, Spietz Peter, Sproewitz Tom, Grundmann Jan Thimo, Hille-brandt Martin, Hobbie Catherin, Ruffer Michael, Straubel Marco, Three Norb-ert, Zander, Martin. Gossamer-1: Mission concept and technology for a con-trolled deployment of gossamer spacecraft // Advances in Space Research. Volume 59. Issue 1. 2017. pp. 434-456.
4. Khoroshilov, V. S., Zakrzhevskii, A. E., Dynamics of spacecraft due to elastic ring antenna deployment // Vibrations in Physical Systems. Vol. 25. 2012 pp. 229-234.
5. Isaenko, S[ergei]; Sochivko, O[leg] & Dalyaev, I[gor] (2016). Analysis of Vibration Modelling Validity of Space-Borne Robotic System, Proceedings of the 26th DAAAM International Symposium. pp. 0548-0553. B. Katalinic (Ed.). Published by DAAAM International. ISBN 978-3-902734-07-5. ISSN 1726-9679. Vienna. Austria.
6. Гриневич Д.В. Исследование динамики раскрывающихся протяженных кон-струкций // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2013. Т.134. С. 37-42.
7. Кабдулин Г.В., Комков В.А., Мельников В.М. Харлов Б.Н. Динамика управ-ляемого раскрытия центробежными силами космических конструкций с компенсацией кинетического момента // Журнал «Космонавтика и ракето-строение». 2009. №1(54). C. 189-198.
8. Bagheri Ghaleh, P. and Malaek, S.M. On dynamic stiffness of spacecraft flex-ible appendages in deployment phase // Aerospace Science and Technology. Vol. 47. 2015 pp. 1-9.
9. Dylan Van Dyne, Alan L. Jennings, and Jonathan Black. Simulation of locking space truss deployments // 2nd AIAA Spacecraft Structures Conference, AIAA SciTech Forum, (AIAA 2015-0227). 2015. pp. 1-13.
10. Alexandr E. Zakrzhevskii. Spacecraft dynamics with regard to elastic pantograph deployment // Journal of Spacecraft and Rockets. Vol. 50. No. 2. 2013. pp. 475-479.
11. Yan Wang, Rongqiang Liu, Hui Yang, Qiang Cong, and Hongwei Guo. Design and deployment analysis of modular deployable structure for large antennas // Journal of Spacecraft and Rockets. Vol. 52. No. 4. 2015. pp. 1101-1111.
12. Кабанов С.А. Оптимизация динамики систем при действии возмущений. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008. 200 с.
13. Кабанов С.А., Емельянов В.Ю., Митин Ф.В. Оптимизация динамики систе-мы создания формы крупногабаритных трансформируемых антенн косми-ческого базирования // Вопросы радиоэлектроники. 2016. № 8. Серия ОТ. Вып.6. С. 54-58.
14. Кривушов А.И. Создание и исследование математической модели враща-тельного движения спицы крупногабаритного рефлектора космического базирования // Вопросы радиоэлектроники. 2017. Вып. 7. С. 126-130.
15. Митин Ф.В. Разработка и анализ математической модели поступательного движения трансформируемых космических конструкций // Вопросы радио-электроники. 2017. Вып. 7. С. 121-125.
16. Зубов В.Г. Механика. М.: Наука. 1978. - 352 с.
17. Зимин В.Н. Механика трансформируемых структурных космических кон-струкций // Вестник Самарского госуниверситета. Естественнонаучная серия. Механика. 2007. № 4(54). С. 105-114.
18. Работонов Ю.Н. Сопротивление материалов. М. Физматгиз. 1962. 456 c.
19. Дарков А.В., Шапиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1975. 654 с.
20. Справочник по теории автоматического управления/ Под ред. А.А. Красов-ского. М.: Наука, 1987. 712 с.
21. Костин Г.В., Саурин В.В. Метод интегродифференциальных соотношений для анализа собственных колебаний мембран // ПММ. 2009. Том 73. Вып. 3. С. 459–473.
22. Костин Г.В., Саурин В.В. Моделирование пространственных движений упругой балки на основе метода интегродифференциальных соотношений // Современные проблемы механики сплошной среды. Том 2. Труды XIV международной конференции, гг. Ростов – на – Дону, Азов. 19–24 июня. 2010. Ростов – на – Дону: ЮФУ. С. 165-169.
2. Лопатин А. В., Рутковская М. А. Обзор конструкций современных транс-формируемых космических антенн (часть 1) // Вестник СибГАУ. 2007. №2. C. 78-81.
3. Seefeldt Patric, Spietz Peter, Sproewitz Tom, Grundmann Jan Thimo, Hille-brandt Martin, Hobbie Catherin, Ruffer Michael, Straubel Marco, Three Norb-ert, Zander, Martin. Gossamer-1: Mission concept and technology for a con-trolled deployment of gossamer spacecraft // Advances in Space Research. Volume 59. Issue 1. 2017. pp. 434-456.
4. Khoroshilov, V. S., Zakrzhevskii, A. E., Dynamics of spacecraft due to elastic ring antenna deployment // Vibrations in Physical Systems. Vol. 25. 2012 pp. 229-234.
5. Isaenko, S[ergei]; Sochivko, O[leg] & Dalyaev, I[gor] (2016). Analysis of Vibration Modelling Validity of Space-Borne Robotic System, Proceedings of the 26th DAAAM International Symposium. pp. 0548-0553. B. Katalinic (Ed.). Published by DAAAM International. ISBN 978-3-902734-07-5. ISSN 1726-9679. Vienna. Austria.
6. Гриневич Д.В. Исследование динамики раскрывающихся протяженных кон-струкций // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2013. Т.134. С. 37-42.
7. Кабдулин Г.В., Комков В.А., Мельников В.М. Харлов Б.Н. Динамика управ-ляемого раскрытия центробежными силами космических конструкций с компенсацией кинетического момента // Журнал «Космонавтика и ракето-строение». 2009. №1(54). C. 189-198.
8. Bagheri Ghaleh, P. and Malaek, S.M. On dynamic stiffness of spacecraft flex-ible appendages in deployment phase // Aerospace Science and Technology. Vol. 47. 2015 pp. 1-9.
9. Dylan Van Dyne, Alan L. Jennings, and Jonathan Black. Simulation of locking space truss deployments // 2nd AIAA Spacecraft Structures Conference, AIAA SciTech Forum, (AIAA 2015-0227). 2015. pp. 1-13.
10. Alexandr E. Zakrzhevskii. Spacecraft dynamics with regard to elastic pantograph deployment // Journal of Spacecraft and Rockets. Vol. 50. No. 2. 2013. pp. 475-479.
11. Yan Wang, Rongqiang Liu, Hui Yang, Qiang Cong, and Hongwei Guo. Design and deployment analysis of modular deployable structure for large antennas // Journal of Spacecraft and Rockets. Vol. 52. No. 4. 2015. pp. 1101-1111.
12. Кабанов С.А. Оптимизация динамики систем при действии возмущений. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2008. 200 с.
13. Кабанов С.А., Емельянов В.Ю., Митин Ф.В. Оптимизация динамики систе-мы создания формы крупногабаритных трансформируемых антенн косми-ческого базирования // Вопросы радиоэлектроники. 2016. № 8. Серия ОТ. Вып.6. С. 54-58.
14. Кривушов А.И. Создание и исследование математической модели враща-тельного движения спицы крупногабаритного рефлектора космического базирования // Вопросы радиоэлектроники. 2017. Вып. 7. С. 126-130.
15. Митин Ф.В. Разработка и анализ математической модели поступательного движения трансформируемых космических конструкций // Вопросы радио-электроники. 2017. Вып. 7. С. 121-125.
16. Зубов В.Г. Механика. М.: Наука. 1978. - 352 с.
17. Зимин В.Н. Механика трансформируемых структурных космических кон-струкций // Вестник Самарского госуниверситета. Естественнонаучная серия. Механика. 2007. № 4(54). С. 105-114.
18. Работонов Ю.Н. Сопротивление материалов. М. Физматгиз. 1962. 456 c.
19. Дарков А.В., Шапиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1975. 654 с.
20. Справочник по теории автоматического управления/ Под ред. А.А. Красов-ского. М.: Наука, 1987. 712 с.
21. Костин Г.В., Саурин В.В. Метод интегродифференциальных соотношений для анализа собственных колебаний мембран // ПММ. 2009. Том 73. Вып. 3. С. 459–473.
22. Костин Г.В., Саурин В.В. Моделирование пространственных движений упругой балки на основе метода интегродифференциальных соотношений // Современные проблемы механики сплошной среды. Том 2. Труды XIV международной конференции, гг. Ростов – на – Дону, Азов. 19–24 июня. 2010. Ростов – на – Дону: ЮФУ. С. 165-169.
Modeling of Joint Deployment of Units of the Large-Sized Transformable Reflector of Space Basing
Abstract
The transformable designs of space basing are delivered into orbit in a folded state, which creates the task of their reliable disclosure. In this paper we propose to use an actuator in the form of electrical machines as the executive body. The use of this type of actuator allows controlling the process of deployment. As a large-sized transformable structure we consider the space-based reflector. At present, the transfer of the machines from the folded state to the operation state is carried out by stages. The paper considers the joint implementation of two stages: the rotation of the root unit of the spoke and the extension of the intermediate unit. Mathematical models for rotational and translational motions are developed which take into account such parameters as bending and contraction of the spoke. Modeling and analysis of the results of different variants of the joint disclosure of the reflector elements are made: the use of the engine for each of the components of the motion and the use of centrifugal force for the extension of the spoke. The application of the algorithm for correcting the control parameters is considered. One of the important advantages of the algorithm is the ability to carry control in real time. It can be used to calculate the reference control in algorithms based on the two-channel principle.
Опубликован
2017-10-12
Как цитировать
Кабанов, С. А., Кривушов, А. И., & Митин, Ф. В. (2017). Моделирование совместного раскрытия элементов крупногабаритного трансформируемого рефлектора космического базирования. Труды СПИИРАН, 5(54), 130-151. https://doi.org/10.15622/sp.54.6
Раздел
Методы управления и обработки информации
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).
