Канд. тех. наук, доц.
Самара
PhD, Candidate of Science (Engineering), Associate Professor
Samara, 443086
Обсуждается синтез законов управления переориентацией малоразмерного космического аппарата нанокласса стандарта кубсат в случае высокого снижения эффективности исполнительных устройств. Под высоким снижением эффективности (деградацией) исполнительных устройств понимается ситуация, при которой значение управляющего момента, создаваемого исполнительным устройством, становится равной 5% от максимального значения в штатном случае функционирования. При описании углового движения малоразмерного космического аппарата учитываются гравитационный, аэродинамический и возмущающий моменты. Задача переориентации малоразмерного космического аппарата решается для случая деградации двух каналов управления с использованием скользящего режима. Для синтеза законов управления используется оригинальная нелинейная скользящая поверхность. В процессе решения задачи были получены квазиадаптивный и адаптивный законы управления, сравнение которых проводится с использованием математического моделирования. Под квазиадаптивным законом управления понимается закон, в котором коэффициенты скользящей поверхности постоянны, но зависят от начальной угловой скорости. Под адаптивным законом управления понимается закон, в котором коэффициенты скользящей поверхности изменяются согласно заданным дифференциальным уравнениям. Для настройки двух коэффициентов скользящей поверхности предложена и реализована идея использовать экспериментально полученную зависимость между двумя коэффициентами скользящей поверхности и начальной угловой скорости. По результатам численного моделирования можно сделать вывод, что адаптивный закон обеспечивает меньшее, по сравнению с квазиадаптивным законом, время решения задачи. Квазиадаптивный закон проще в реализации, поскольку не требует адаптации коэффициентов.
This paper addresses the synthesis of control laws for the reorientation of a small nanosatellite spacecraft of the Cube- Sat standard in the case of severe degradation of actuator efficiency. Severe degradation (or reduction of efficiency) of actuators refers to a condition where the control torque generated by the actuator is reduced to 5 % of its maximum value under nominal operating conditions. The angular motion model accounts for gravitational, aerodynamic, and disturbance torques. The spacecraft reorientation problem is solved for the case of degradation in two control channels using sliding mode control. An original nonlinear sliding surface is used for the synthesis of the control laws. During the problem-solving process, quasi-adaptive and adaptive control laws were obtained, and their performance was compared using mathematical modelling. А quasi-adaptive control law is understood as a law in which the coefficients of the sliding surface are constant but depend on the initial angular velocity. An adaptive control law, on the other hand, is one in which the coefficients of the sliding surface change according to predefined differential equations. For adjusting the two coefficients of the sliding surface, an approach based on experimentally derived relationships between these two coefficients and the initial angular velocity was proposed and implemented. Based on the results of the numerical simulations, it can be concluded that the adaptive control law provides a shorter solution time compared to the quasi-adaptive control law. The quasi-adaptive law, however, is simpler to implement, as it does not require the adaptation of the coefficients.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.