Устройство для управления движением космического аппарата вокруг центра масс Советский патент 1993 года по МПК B64G1/24 

00

ю

00

со

&ь

Изобретение относится к устройствам управления движением космического аппарата (КА) вокруг центра масс и может быть использовано для выполнения режимов ус покоения, поиска опорных ориентиров и ориентации.

Цель изобретения - уменьшение энергопотребления в установившемся режиме после гашения скорости и уменьшения числа включений исполнительного органа.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее релейный гироскопический датчик угловой скорости, блок управления исполнительным органом и исполнительный орган, дополнительно вводится генератор колебаний, датчик момента и анализатор колебаний.

Кроме того, дополнительно, с целью обеспечения режима поиска опорного ориентира с заданной скоростью вводится блок формирования сигнала смещения, своим выходом связанный с входом датчика момента и возможностью суммирования выходного сигнала блока формирования с выходным сигналом генератора колебаний.

Кроме того, дополнительно, с целью обеспечения режима ориентации КА по сумме сигналов углового отклонения и угловой скорости вводится датчик ориентации на опорный ориентир, выход которого подключен к входу датчика момента.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит релейный гироскопический датчик угловой скорости 1, состоящий из гироскопа 2, датчика 3 угла и датчика 4 момента. Датчик 1 угловой скорости подключен последовательно через устройство 5 сравнения длительности или частоты сигналов релейного гироскопического датчика угловой скорости с длительностью полупериода или частотой колебаний 5 и блок б управления и исполнительному органу 7. К датчику 4 через сумматор подключен генератор8 колебаний и через переключатели Кг или Кд соответственно блок 9 формирования сигнала смещения или датчик 10 ориентации на опорный ориентир.

Работа устройства заключается в следующем: при разомкнутых переключателях Kt nKi отключены блоки 9. формирования сигнала смещения и датчик 10 ориентации.

Для данного случая уравнение движения подвижной рамки гироскопа 2 имеет вид

I с +п + sign а +М{а )- « Н (a xcos а + CU2,(1)

где I - момент инерции подвижной рамки вместе с установленными на ней элементами конструкции;

h - коэффициент вязкого трения; Мт - модуль величины момента сухого трения;

а - угол поворота подвижной рамки вокруг выходной оси;

«х- проекция абсолютной угловой

скорости на ось чувствительности х;

Н - модуль кинетического момента гироскопа;

М( а ) возмущающие моменты, зависящие от угла поворота а ; С - крутизна датчика 4 момента;

U2 - выходной сигнал генератора 8, например, синусоидальный или периодический с прямоугольными импульсами отрицательной и положительной полярности и др.

Из уравнения (1) следует, что при выполнении условия

я.+..

Н cos a

Н cos а

(2)

подвижная рамка гироскопа 2 будет

прижата к упору гироскопическим моментом I Ma I i Н о) xcosaj и датчику 3 угла

будет выдавать постоянный сигнал, полярность которого равна sign еох. Устройство 5 сравнения будет, в свою очередь выдавать релейный постоянный сигнал, по которому включится исполнительный орган 7 и начнется торможение (гашение скорости со х) КА. Наступит момент времени, когда будут выполняться следующие условия:

|РхГ 1Мт+М(а)-1 - (2) « одн м cos aH.cos a w

i в, . 1Мт+М(а)| CIU2I . Л 1Mcbsa . ТГсоза ..

при этом, если наступит в связи с уменьшением I Wxl условие:CIU2I. 1МТ + М(«)| Hcosa |фх1 + Hcosa (6

то подвижная рамка начнет отрываться ступора под действием сигналов генератора 8, сигнал датчика 3 угла станет перемен- 52 - ным. Изменение выходного сигнала датчика 3 в течение одного периода выходного сигнала генератора 8 означает, что

1 УХ Tcofa е что Угловая скорость стала меньше порога, задаваемого выра, OUal жением ц - - . Устройство 5 сравнения

при изменении в течение одного периода сигнала генератора 8 выходного сигнала датчика 3 угла не выдает сигнала в блок 6 управления, исполнительный орган 7 выключается до тех пор, пока под действием возмущающих моментов, действующих на КА, угловая скорость I од i не возрастет и вновь не наступит условие (2). Пороговое

, , СШ2 значение скорости I ом I ffc(}sa можно

изменять за счет изменения амплитуды U2 выходных сигналов генератора 8. Таким образом, предлагаемое устройство с релей- ным датчиком угловой скорости позволяет организовать режим гашения угловой скорости КА аналогично известным устройствам с линейным датчиком угловой скорости и пороговым устройством, когда при умень- шении угловой скорости ниже установленного значения исполнительный орган выключается и энергопотребление прекращается, при этом также прекращаются двухстороннее включение исполнительного органа, а следовательно, уменьшается количество его срабатываний.

Одним из режимов работы системы управления движением КА вокруг его центра масс является режим поиска опорного ори- ентира. он отличается от режима гашения угловой скорости тем, что скорость вращения аппарата вокруг требуемой оси должна быть не нулевой, а заданной. Для обеспечения такого режима предлагается на вход датчика 4 момента подавать сигнал смещения Uc. Для этого необходимо замкнуть ключ «1 и подсоединить выход блока 9 к выходу датчика 4, например, через сумматор совместно с выходом генератора 8 или на вторую (на чертеже не показано) обмотку датчика 4. Для обеспечения заданной величины (t) з скорости вращения КА необходимо подать в датчик 4 сигнал смещения

. Н Qh cos a

Uc .--- )

(4)

В этом случае пороговое отключение исполнительного органа будет происходить 50 при следующих скоростях:

сад

CIU2I Н cos a

О)

сны

УпИ -Г

Н cos a

О)

т, е. смещено относительно нуля на

СОз .

Третьим важным режимом управления движением КА вокруг центра масс является его ориентирование на опорный ориентир. Для выполнения релейного управления ориентацией КА в пространстве размыкает ключ KI и замыкают ключ К2. через который выходной сигнал да-п.ика опорного ориентира будет поступать на вход ДМ 4.

В этом случае ИО 7 будет отключаться при выполнении следующих условий:

Нсозаидо

Н cos a UAO

+ 0,-.С11Ы Н cos a

+ й,

Hcosa

где Ugo - выходной сигнал датчика ориентации. Если используется линейный датчик ориентации, т. е.

Ugo K р ;

(7)

где К - крутизна датчика tO ориентации;

р - угол отклонения, то из (6) получаем линии переключения следующего вида:

(0 -

СК

Ч

Н cos а

(W - СК

I U2I

Н cos a r H cos a

30 3540

45

50

55

соответствующие релейному управлению по сумме сигналов углового отклонений и угловой скорости.

Формул.а изобретения 1. Устройство для управления движением космического аппарата вокруг центре масс, содержащее релейный гироскопический датчик угловой скорости, блок управле- ния исполнительным органом и исполнительный орган, отличающее- с я тем, что, с целью уменьшения энергопотребления в установившемся режиме после гашения скорости и уменьшения числа включений исполнительного органа, в него введены генератор колебаний и устройство сравнения длительности или частоты сигналов релейного гироскопического датчика угловой скорости с длительностью полупериода или частоты генератора колебаний, релейный гироскопический датчик угловой скорости снабжен датчиком момента, установленным на оси рамки релейного

датчика угловой скорости, причем выход генератора колебаний соединен сдатчиком моменн- та, Лервый и второй входы устройства сравнения соединены с датчиком угла релейного гироскопического датчика угловой скорости и генератором колебаний соответственно, а выход устройства сравнения соединен с блоком управления исполнительным органом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения режима поиска опорного ориентира с заданной скоростью, введен блок формирования сигнала смещения, своим выходом соединенный с входом датчика момента с возможностью суммирования выходного сигнала блока формирования с выходным сигналом генератора колебаний.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ее- с я тем, что, с целью обеспечения режима

ориентации по сумме сигналов углового отклонения и угловой скорости, в него введен датчик ориентации на опорный ориентир, выход которого подключен к датчику момента с возможностью суммирования выходного сигнала датчика ориентации с выходными сигналами генератора колебаний и блока формирования сигнала смещения.

4. Устройство по пп. 1 -3, отличающ е е с я тем, что в него введен ключ, через который устройство сравнения длительности или частоты сигналов релейного гироскопического датчика угловой скорости с длительностью полупериода или частотой

генератора колебаний подключено к блоку управления исполнительным органом, второй вход ключа связан с релейным гироскопическим датчиком угловой скорости.

Изобретение относится к устройствам управления движением космического аппарата вокруг центра масс. Цель: уменьшение энергопотребления в установившемся режиме после гашения скорости исуменьше- ния числа включений исполнительного органа. Устройство содержит релейный гироскопический датчик 1 угловой скорости, включающий датчик 3 угла и датчик момента, блок 6 управления исполнительным органом и исполнительный орган 7, генератор 8 колебаний, устройство 5 сравнения длительностью полупериода или частотой генератора колебаний. Для обеспечения режима поиска опорного ориентира или режима ориентации введены блок 9 смещения и датчик ориентации, которые с помощью ключей KI и К2 подключаются через сумматор к входу датчика 4 момента. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.