<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-30</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>УПРАВЛЕНИЕ В АВИАКОСМИЧЕСКИХ И МОРСКИХ СИСТЕМАХ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>CONTROL IN AEROSPACE SYSTEMS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Оптимизация кинетического момента для повышения маневренности космического аппарата с инерционными исполнительными органами</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Optimization of Angular Momentum for Increase of Maneuverability of a Spacecraft with Inertial Actuators</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Левский</surname><given-names>М. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Levskii</surname><given-names>M. V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">dp940@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Научно-исследовательский институт космических систем имени А. А. Максимова - филиал ГКНПЦ им. М. В. Хруничева</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Maximov Research Institute of Space Systems as Branch of the Khrunichev State Research and Production Space Center</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2018</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>23</day><month>08</month><year>2018</year></pub-date><volume>19</volume><issue>1</issue><fpage>65</fpage><lpage>72</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2018</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/30">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/30</self-uri><abstract><p>Решается задача улучшения маневренности космического аппарата (КА) с инерционными исполнительными органами (системой силовых гироскопов, гиродинами) за счет оптимизации алгоритмов управления кинетическим моментом. В аналитическом виде записаны условия оптимальности режима переориентации без "разгрузки" гиросистемы и изучены свойства оптимального движения. Даны ключевые соотношения и уравнения для построения оптимальной программы управления, если КА разворачивается в условиях возмущений. Приведен пример численного моделирования разворота КА в соответствии с разработанным методом управления.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The problem of improvement of maneuverability of a spacecraft which is controlled by inertial actuators (system of powered gyroscopes, by gyrodynes) is considered. We suggest to increase speed of implementation of rotary maneuvers by optimization of control algorithms of spacecraft motion. The task of construction of optimal laws of variation in the angular momentum vector of a spacecraft as control function so as to ensure the transition of the spacecraft from an arbitrary initial attitude to the required final angular position at minimal time has been solved completely. Main difference is the necessity of determining during optimization the maximum admissible magnitude of the angular momentum since it is unknown a priori. The problem is solved by using Pontryagin’s maximum principle, and solution is based on the quaternion differential equation relating the vector of spacecraft angular momentum to the quaternion of orientation of the body-fixed coordinate system. The optimality conditions of reorientation regime without "unloading" of the gyro-system are written in analytical form, and the properties of optimal motion are studied. Key relations and the equations for construction of the optimal control program are given. The condition for determination of the moment of the beginning of the braking which uses current parameters of motion (information on angular position of a spacecraft and measurements of angular velocity) was given, it considerably improves accuracy of spacecraft transfer into a required position. The aspects of determination of optimal modulus of angular momentum between acceleration and braking if spacecraft rotates under disturbances are discussed in detail. The formalized equations are derived, and computational expressions for calculating the optimal value of the key parameter of control law are obtained. Results of the mathematical simulation of the spacecraft motion under the designed control method are presented.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>космический аппарат</kwd><kwd>ориентация</kwd><kwd>силовые гироскопы</kwd><kwd>управляющая функция</kwd><kwd>оптимальное управление</kwd><kwd>кинетический момент</kwd><kwd>spacecraft</kwd><kwd>attitude</kwd><kwd>powered gyroscopes</kwd><kwd>control function</kwd><kwd>optimal control</kwd><kwd>angular momentum</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бранен В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Бранен В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. 320 с.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Раушенбах Б. В., Токарь Е. Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М.: Наука, 1974.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Раушенбах Б. В., Токарь Е. Н. Управление ориентацией космических аппаратов. М.: Наука, 1974.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левский М. В. Использование универсальных переменных в задачах оптимального управления ориентацией космических аппаратов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 1. С. 53-59.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Левский М. В. Использование универсальных переменных в задачах оптимального управления ориентацией космических аппаратов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 1. С. 53-59.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левский М. В. К вопросу оптимального успокоения космического аппарата // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. № 1.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Левский М. В. К вопросу оптимального успокоения космического аппарата // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. № 1.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Молоденков A. В., Сапунков Я. Г. Решение задачи оптимального разворота осесимметричного космического аппарата с ограниченным и импульсным управлением при произвольных граничных условиях // Известия РАН. Теория и системы управления. 2007. № 2.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Молоденков A. В., Сапунков Я. Г. Решение задачи оптимального разворота осесимметричного космического аппарата с ограниченным и импульсным управлением при произвольных граничных условиях // Известия РАН. Теория и системы управления. 2007. № 2.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Levskii M. V. Optimal spacecraft terminal attitude control synthesis by the quaternion method // Mechanics of solids, 2009, Vol. 44, No. 2.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levskii M. V. Optimal spacecraft terminal attitude control synthesis by the quaternion method // Mechanics of solids, 2009, Vol. 44, No. 2.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Levskii M. V. About method for solving the optimal control problems of spacecraft spatial orientation // Problems of nonlinear analysis in engineering systems. 2015. Vol. 21, N. 2.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levskii M. V. About method for solving the optimal control problems of spacecraft spatial orientation // Problems of nonlinear analysis in engineering systems. 2015. Vol. 21, N. 2.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левский М. В. Способ управления разворотом космического аппарата. Патент на изобретение РФ № 2093433 // Бюллетень "Изобретения. Заявки и патенты". 1997. № 29.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Левский М. В. Способ управления разворотом космического аппарата. Патент на изобретение РФ № 2093433 // Бюллетень "Изобретения. Заявки и патенты". 1997. № 29.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Платонов В. Н., Ковтун В. С. Способ управления космическим аппаратом с помощью реактивных исполнительных органов при выполнении программного разворота. Патент на изобретение РФ № 2098325 // Бюллетень "Изобретения. Заявки и патенты". 1997. № 34 от 10.12.1997.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Платонов В. Н., Ковтун В. С. Способ управления космическим аппаратом с помощью реактивных исполнительных органов при выполнении программного разворота. Патент на изобретение РФ № 2098325 // Бюллетень "Изобретения. Заявки и патенты". 1997. № 34 от 10.12.1997.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сарычев В. А., Беляев М. Ю., Зыков С. Г., Сазонов В. В., Тесленко В. П. Математические модели процессов поддержания ориентации орбитальной станции "Мир" с помощью гиродинов. М.: Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша АН СССР. 1989. № 10.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Сарычев В. А., Беляев М. Ю., Зыков С. Г., Сазонов В. В., Тесленко В. П. Математические модели процессов поддержания ориентации орбитальной станции "Мир" с помощью гиродинов. М.: Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша АН СССР. 1989. № 10.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ковтун В. С., Митрикас В. В., Платонов В. Н., Ревнивых С. Г., Суханов Н. А. Математическое обеспечение проведения экспериментов при управлении ориентацией космического астрофизического модуля "Гамма" // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1990. № 3.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ковтун В. С., Митрикас В. В., Платонов В. Н., Ревнивых С. Г., Суханов Н. А. Математическое обеспечение проведения экспериментов при управлении ориентацией космического астрофизического модуля "Гамма" // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1990. № 3.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Понтрягин Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. M.: Наука, 1983.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Понтрягин Л. С., Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. В., Мищенко Е. Ф. Математическая теория оптимальных процессов. M.: Наука, 1983.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Young L. G. Lectures on the calculus of variations and optimal control theory. Philadelphia, London, Toronto: W. B. Saunders Company, 1969.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Young L. G. Lectures on the calculus of variations and optimal control theory. Philadelphia, London, Toronto: W. B. Saunders Company, 1969.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
