способ терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом

Формула изобретения

Способ терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом, включающий измерение параметров движения, прогнозирование конечного состояния аппарата, определение рассогласования между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата и формирование управляющего воздействия для приведения аппарата в заданное конечное состояние, отличающийся тем, что в модель прогноза вводят класс траекторий, соответствующий заданной логике полета аппарата в атмосфере, и кривую второго порядка общего вида, аппроксимирующую выбранный класс траекторий в процессе прогнозирования, задают параметры конечного состояния аппарата, например, вектор положения и величины скорости движения аппарата в зависимости от класса траекторий, выбирают шаг дискретности прогноза по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, в процессе измерения параметров движения запоминают в пяти предыдущих моментах решения навигационной задачи координаты аппарата, определяемые интегрированием показаний акселерометров, аппроксимируют полученные данные кривой второго порядка общего вида, проводят прогноз конечного состояния аппарата на основе гипотезы о сохранении полученной формы траектории по конечным аналитическим соотношениям, по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, разворачивают аппарат в полете и производят логическую перестройку алгоритма прогноза при достижении аппаратом конечного состояния или при выходе на следующий участок траектории.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при разработке летательных аппаратов (ЛА), осуществляющих терминальное управление при спуске в атмосфере Земли.

Известен способ терминального управления, в котором прогнозирование проводится на основе численного интегрирования уравнений движения ЛА в бортовом цифровом вычислительном устройстве (БЦВУ) (Охоцимский Д.Е. Голубев Ю.Ф. и др. Алгоритмы управления космическим аппаратом при входе в атмосферу. -М. Наука, 1975, с. 51).

Недостаток известного способа заключается в том, что поскольку прогнозирование осуществляется на каждом шаге коррекции управления, то эти расчеты должны укладываться в пределы длительности одного шага, что приводит к возрастанию необходимого быстродействия БЦВУ и увеличению объема ее памяти. Для ЛА с жестко ограниченными габаритно-массовыми характеристиками существуют жесткие ограничения на вес и объем БЦВУ и, как следствие, на быстродействие и объем памяти.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу является способ терминального управления ЛА, включающий измерение текущих параметров движения, прогнозирование конечного состояния ЛА с выбранным шагом, определение рассогласования между прогнозируемым и заданным конечными состояниями ЛА и выpаботку управляющего воздействия на исполнительные органы (Охоцимский Д.Е. Голубев Ю. Ф. Сихарулидзе Ю.Г. Алгоритмы управления космическим аппаратом при входе в атмосферу. -М. Наука, 1975, с. 51, 90).

В указанном способе прогноз конечного состояния осуществляется путем численного интегрирования системы дифференциальных управлений, описывающих движение ЛА в атмосфере, что предъявляет повышенные требования к характеристикам БЦВУ, а именно, требует большого объема оперативной и постоянной памяти и высокого быстродействия, и, как следствие, увеличивает необходимый вес и габариты БЦВУ. Сам процесс численного интегрирования при прогнозировании, несмотря на повышенное быстродействие БЦВУ, требует длительного времени для вычислений (до 10 сек), что приводит к снижению гибкости, адаптивности управления.

Техническим результатом при использовании предложенного способа является улучшение адаптивности управления за счет уменьшения потребного быстродействия и рабочего объема памяти БЦВУ при выведении ЛА в конечное состояние с заданной точностью.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе терминального управления спускаемым в атмосфере летательным аппаратом (ЛА), включающем измерение параметров движения, прогнозирование конечного состояния ЛА, определение рассогласования между прогнозируемым и заданным конечными состояниями ЛА и формирование управляющего воздействия для приведения ЛА в заданное конечное состояние, в модель прогноза вводят класс траекторий, соответствующий заданной логике полета аппарата в атмосфере и кривую второго порядка общего вида, аппроксимирующую выбранный класс траекторий в процессе прогнозирования, задают параметры конечного состояния аппарата, например, вектор положения и величины скорости движения аппарата в зависимости от класса траекторий, выбирают шаг дискретности прогноза по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, в процессе измерения параметров движения запоминают в пяти предыдущих моментах решения навигационной задачи координаты аппарата, определяемые интегрированием показаний акселерометров, аппроксимируют полученные данные кривой второго порядка общего вида, проводят прогноз конечного состояния аппарата на основе гипотезы о сохранении полученной формы траектории по конечным аналитическим соотношениям, по рассогласованию между прогнозируемым и заданным конечными состояниями аппарата, аппарата, разворачивают аппарат в полете и производят логическую перестройку алгоритма прогноза при достижении аппаратом конечного состояния или при выходе на следующий участок траектории.

При реализации предлагаемого способа терминального управления спускаемым в атмосфере ЛА предполагается следующая последовательность действий:

проводят средствами системы ориентации отработку возмущений после отделения от носителя, стабилизацию ЛА по всем каналам и ориентацию оси ЛА при входе в атмосферу;

при достижении заданной высоты включают управляющие органы;

в процессе полета, совершаемым на балансировочном угле атаки, определяют координаты ЛА путем интегрирования показаний приборов системы управления (СУ).

Запоминают координаты пяти последних точек траектории при движении с углом атаки;

аппроксимируют полученные данные кривой второго порядка общего вида;

проводят прогноз конечного состояния ЛА по конечным аналитическим соотношениям, предполагая, что форма последующей траектории соответствует полученной кривой;

определяют рассогласование между прогнозируемым и заданным конечными состояниями ЛА;

по полученному рассогласованию задают величину управляющего воздействия ЛА на текущем шаге коррекции;

при достижении конечного состояния или при выходе на следующий участок траектории производят логическую перестройку алгоритма прогноза.

По сравнению с ближайшим способом аналогом предлагаемый способ терминального управления позволяет сократить объем постоянной памяти в 15 раз, объем оперативной памяти в 5 раз, уменьшить требуемое быстродействие в 500 раз, что особенно важно для бортовых цифровых вычислительных устройств перспективных управляемых летательных аппаратов.