Инновации в космическом машиностроении: микрогравитационные стенды от ученых из ТПУ

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новый метод и программное обеспечение на его основе для проектирования систем автоматического управления стендами микрогравитации, которые используются для наземных испытаний раскрытия звеньев космических аппаратов. Это универсальный метод, который можно применять для разных космических аппаратов. Разработка политехников позволяет более точно моделировать раскрытие элементов аппаратов в космосе. Результаты исследований опубликованы в журналах Российской академии наук «Проблемы управления» и «Мехатроника, автоматизация и управление».

Для повышения надежности современной космической техники проводятся ее наземные испытания, в том числе испытания по развертыванию трансформируемых космических конструкций в условиях, максимально приближенных к реальным условиям невесомости. Для их проведения используются специальные автоматизированные стенды, создающие эффект микрогравитации. Основой таких стендов выступают в основном трособлочные системы с управляемыми электроприводами, с помощью которых вывешиваются и перемещаются звенья космических аппаратов. Однако наличие трособлочных передач может значительно ухудшать динамические свойства систем управления.

Главной проблемой, которая возникает при симуляции микрогравитации с использованиемсовременных трособлочных стендов, является наличие резонансных колебаний в тросах и моментов сухого трения в блоках стенда. Степень их влияния на систему управления зависит от схем трособлочных систем и масс обезвешиваемых звеньев. При этом следует учитывать,что значения моментов сухого трения заранее неизвестны, а параметры упругости тросовых связей изменяются в процессе движения звеньев космического аппарата. Эти факторы не позволяют с большой точностью провести испытания и предсказать поведение элементов космических аппаратов непосредственно в космосе.

• Сергей Гайворонский, доцент отделения автоматизации и робототехники ТПУ

Ученые ТПУ предложили новый метод синтеза систем управления. Он основан на интервальном подходе, который позволяет свести нестационарность и нелинейность параметров систем к их интервальности и в таком виде учесть в математической модели системы управления. К таким параметрам относятся коэффициенты жесткости участков троса с изменяющейся длиной, массы обезвешиваемых звеньев, зависящие от правильности определения их центров масс, нелинейные характеристики электроприводов и ряд других параметров, значения которых ранее брались усредненными. Используя такой подход, политехникам удалось получить интервальное характеристическое уравнение системы, на его основе были разработаны методики модального синтеза адаптивных регуляторов.

Ранее существовавшие модели стенда пренебрегали некоторыми его параметрами и свойствами. Это происходило из-за используемых на тот момент методов синтеза, основанных на загрублении резонансных нестационарных систем управления. В результате это приводило к неточности моделирования процесса движения звеньев космического аппарата. Благодаря нашему адаптивному подходу удалось рассчитать параметры регуляторов более точно. В результате, например, такие параметры, как ошибки уравновешивания в режимах постоянной скорости и постоянного ускорения, в среднем уменьшились примерно в десять раз. Это делает системы управления стендом более чувствительными и быстродействующими, сохраняя допустимое качество.

• Сергей Гайворонский

Метод политехников универсальный, с его помощью можно разработать комплекс систем управления для наземных испытаний любого космического аппарата, которому предстоит в условиях невесомости перейти в раскрытое состояние (панели солнечных батарей, антенны различной конфигурации и многое другое), вне зависимости от его массы и размеров.

Источник: Минобрнауки РФ