novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.21.249-256novtexmech-790Research ArticleДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВDYNAMICS, BALLISTICS AND CONTROL OF AIRCRAFTПовышение надежности системы управления космическим аппаратом на основе грубых моделей диагностики и принципа разделения в пространстве паритетовIncreasing of Reliability of Spacecraft Control System on Base of Robust Diagnostic Models and Division Principle in Parity SpaceЗаведеевА. И.ZavedeevA. I.

Кандидат технических наук, доцент

ark.zavedeev@gmail.comМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation202011042020214249256Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20202020Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/790

Обсуждаются различные направления построения высоконадежной интегрированной системы управления космическим аппаратом на основе грубых моделей диагностики и принципа разделения возмущений в пространстве паритетов. Рассмотрены проблемы синтеза алгоритмов управления космическим аппаратом при неполной априорной и искаженной текущей информации, действии неконтролируемых и случайных факторов, потерях информации и отказах аппаратуры. Синтезирована структура бортовой системы управления ориентацией космического аппарата и выбраны алгоритмы управления, гарантирующие робастную устойчивость и отказоустойчивость при наличии возмущающих факторов и повреждений. Описываются приборный состав и режимы функционирования системы управления ориентацией. Приводятся методы исследования динамики, компьютерные технологии, особенности моделирования. Разработаны алгоритмы диагностики и реконфигурации бортового комплекса для связных, навигационных, геодезических спутников, спутников дистанционного зондирования Земли в режиме длительной эксплуатации в условиях космического полета. Процедура контроля включает два этапа: обнаружение и устранение повреждений. Заданная математическая модель системы исследуется в пространстве паритетов через разностные сигналы, которые возникают при появлении повреждений. По разностным сигналам с помощью решающих правил устанавливается характер отказа и принимаются меры по его устранению. Обсуждаются вопросы повышения отказоустойчивости бортовой системы управления космическим аппаратом на основе принципа реконфигурации с применением адаптивной логики в алгоритмах контроля и диагностики. Применение адаптации обеспечивает гибкую логику управления системой в условиях изменяющейся обстановки. Особое внимание уделено проблеме влияния подвижности жидкого топлива реактивных двигателей на динамические характеристики и точность бортовой системы управления ориентацией космического аппарата. Эффективность предложенных способов управления и алгоритмов подтверждена результатами математического моделирования для ряда конкретных технических систем. Даны рекомендации по их практическому применению. 

Different directions of creation high reliability integrate spacecraft control system are discussed on base of robust diagnostic models and division principle in parity space. Problems of synthesis spacecraft control system algorithms are examined with incomplete apriory and distorted current information, action of uncontrolled and random factors, information losses and equipment failures. The structure of onboard attitude control system is synthesized and control algorithms are chosen, which guarantee robust stability and failure stability in presence indignant factors and obstacles. An instrumental structure and operational modes of spacecraft attitude control system are described. Methods of dynamic research, computer technology and modeling particularities are indicated. Diagnostic and reconfiguration algorithms for onboard complex of connection, navigation, geodesy satellites and earth inspectoral satellite in prolonged space flight utilization are proposed. Testing procedure is contains two stage: discovering and eliminating faults. Given mathematical system model is researched by means of difference signals, which forms with arise at fault emergence. The failure character is established by deciding rules on base difference signals and measures to it eliminating are took. Questions of onboard spacecraft control system failure stable improving are discussed on base principle reconfiguration with apply to adaptive logic in testing and diagnostic algorithms. The mathematical system model is researching with implementation of analytic reserving. Difference signals are formed, which arise at fault appearance. The adaptive approach to development testing and diagnostic systems provide for realization of flexible logic of control system function to take into account factual onboard equipment state. Special attention is devote to problem influence liquid fuel reactive engine agility on spacecraft control attitude system dynamic characteristics and precision. The effectiveness of prepositional approaches and algorithms is confirmed by mathematical modeling results for several actual technical systems. Recommendations to their practical applications are given. 

космический аппаратсистема управления ориентациейконтрольдиагностикаотказоустойчивостьизбыточностьразностный сигналпаритеталгоритмspacecraftcontrol attitude systemtestingdiagnosticfailure stableexcessdifference signalparityalgorithmReferencesЗаведеев А. И. Построение бортовой системы управления ориентацией космическим аппаратом повышенной отказоустойчивости с применением адаптивной логики в алгоритмах диагностики и контроля // Мехатроника, автоматизация, управление. 2018. Т. 19, № 10. С. 664—671Zavedeev A. I. Construction of highfailurestable spacecraft control system with apply to adaptive logic in diagnostic and testing algorithms Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 10, pp. 664—671 (in Russian).Dan Ye, Ju H. Park, Quan-Yong Fan. Adaptive Robust Actuator Fault Compensation for Linear Systems Using a Novel Fault Estimation Mechanism // Journal of Robust and Nonlinear Control. 2016. Vol. 26, N. 8. P. 1597—1614.Dan Ye, Ju H. Park, Quan-Yong Fan. Adaptive Robust Actuator Fault Compensation for Linear Systems Using a Novel Fault Estimation Mechanism, Journal of Robust and Nonlinear Control, 2016, vol. 26, no. 8, pp. 1597—1614.Zhixing Liu, Chi Yuan, Xiang Yu, Youmin Zhang. Faulttolerant Formation Control of Unmanned Aerial Vehicles in the Presence of Actuator Faults and Obstacles // Unmanned Systems. 2016. Vol. 4, N. 3. P. 197—211.Zhixing Liu, Chi Yuan, Xiang Yu, Youmin Zhang. Faulttolerant Formation Control of Unmanned Aerial Vehicles in the Presence of Actuator Faults and Obstacles, Unmanned Systems, 2016, vol. 4, no 3, pp. 197—211.Qinqxian Jia, Wen Chen, Yingchun Zhang, Huayi Li. Integrated Design of Fault Reconstruction and Fault-tolerant Control Against Actuator Faults Using Learning observers // International Journal of Systems Science. 2016. Vol. 47, N. 16. P. 3749—3761.Qinqxian Jia, Wen Chen, Yingchun Zhang, Huayi Li. Integrated Design of Fault Reconstruction and Fault-tolerant Control Against Actuator Faults Using Learning observers, International Journal of Systems Science, 2016, vol. 47, no. 16, pp. 3749—3761.Dan Ye, Shengping Luo, Junlong Wang. Two Step Faulttolerant Controller Design for Linear Time-delay Systems with Adaptive Mechanism // 42-nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON 2016. P. 6812—6817.Dan Ye, Shengping Luo, Junlong Wang. Two Step Faulttolerant Controller Design for Linear Time-delay Systems with Adaptive Mechanism, 42-nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IECON 2016, pp. 6812—6817.Xiang Yu, Yomin Zhang, Zhixiang Liu. Fault-tolerant Flight Control Design with Explicit Consideration of Reconfiguration Transients // Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2016. Vol. 39, N. 3. P. 556—563.Xiang Yu, Yomin Zhang, Zhixiang Liu. Fault-tolerant Flight Control Design with Explicit Consideration of Reconfiguration Transients, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 2016, vol. 39, no. 3, pp. 556—563.Kunfeng Lu, Yuanqing Xia, Mengyin Fu, Chunmei Yu. Adaptive Finite-time Attitude Stabilization for Rigid Spacecraft with Actuator Faults and Saturation Constraints // International Journal of Robust and Nonlinear Control. 2016. Vol. 26, N. 1. P. 28—46.Kunfeng Lu, Yuanqing Xia, Mengyin Fu, Chunmei Yu. Adaptive Finite-time Attitude Stabilization for Rigid Spacecraft with Actuator Faults and Saturation Constraints, International Journal of Robust and Nonlinear Control, 2016, vol. 26, no. 1, pp. 28—46.Afef Fekin. Fault Diagnosis and Fault Tolerant Control Design for Aerospace Systems: a Bibliographical Review // American Control Conference. 2014. P. 1286—1291.Afef Fekin. Fault Diagnosis and Fault Tolerant Control Design for Aerospace Systems: a Bibliographical Review, American Control Conference, 2014, pp. 1286—1291.Chimpalthradi R Ashokkumar. Reconfigurable Flight Control for Robust Transient Response. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2013. Vol. 227, N. 2. P. 405—411.Chimpalthradi R Ashokkumar. Reconfigurable Flight Control for Robust Transient Response. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part G, Journal of Aerospace Engineering, 2013, vol. 227, no. 2, pp. 405—411.Yuying Guo, Youmin Zhang, Bin Jiang, Zhenqwei Zhu. Multiple-model-based Adaptive Reconfiguration Control of State Delayed Systems with Actuator Faults // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2012. P. 397—402.Yuying Guo, Youmin Zhang, Bin Jiang, Zhenqwei Zhu. Multiple-model-based Adaptive Reconfiguration Control of State Delayed Systems with Actuator Faults, IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2012, pp. 397—402.Adel Belkadi, Zhixiang Liu, Laurent Ciarletta, Youmin Zhang, Didier Theilliol. Flocking Control of a Fleet of Unmanned Ferial Vehicles // Control Theory and Technology. 2018. Vol. 16, N. 2. P. 82—92.Didier Theilliol. Flocking Control of a Fleet of Unmanned Ferial Vehicles // Control Theory and Technology, 2018, vol. 16, no. 2, pp. 82—92.Liu Zhixiang, Zhang Youmin, Yuan Chi, Luo Jun. An Adaptive Linear Parameter Varying Fault Tolerant Control Scheme for Unmanned Surface Vehicle Steering Control // 34-th Chinese Control Conference. 2015. P. 6197—6202.Liu Zhixiang, Zhang Youmin, Yuan Chi, Luo Jun. An Adaptive Linear Parameter Varying Fault Tolerant Control Scheme for Unmanned Surface Vehicle Steering Control, 34-th Chinese Control Conference, 2015, pp. 6197—6202.Z. X. Liu, C. Yuan, Y. M. Zhang. Linear Parameter Varying Adaptive Control of an Unmanned Surface Vehicle // IFAC-Papers On Line. 2015. Vol. 48, N. 16. P. 140—145.Z. X. Liu, C. Yuan, Y. M. Zhang. Linear Parameter Varying Adaptive Control of an Unmanned Surface Vehicle, IFAC-Papers On Line, 2015, vol. 48, no. 16, pp. 140—145.Wei Ren, Tao Zhang, Zhen Huang, Jiemei Liang, Jian Gong, Bo Liu. Real-time Simulation System of Satellite Attitude Reconfigurable Control Based on VxWorks. // Proceedings of IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference. 2014. P. 2577—2580.Wei Ren, Tao Zhang, Zhen Huang, Jiemei Liang, Jian Gong, Bo Liu. Real-time Simulation System of Satellite Attitude Reconfigurable Control Based on VxWorks, Proceedings of IEEE Chinese Guidance, Navigation and Control Conference, 2014, pp. 2577—2580.Daobo Wang, Xiaojun Tang, Yin Wang. An Adaptive Control Allocation Method Based Reconfigurable Cotrol System for Unmanned Aerial Vehicle // Proceedings of the 33-rd Chinese Control Conference. 2014. P. 168—173.Daobo Wang, Xiaojun Tang, Yin Wang. An Adaptive Control Allocation Method Based Reconfigurable Cotrol System for Unmanned Aerial Vehicle, Proceedings of the 33-rd Chinese Control Conference, 2014, pp. 168—173.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.