система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока

Классы МПК:B64G1/24 управляющие устройства летательного аппарата, например для управления его положением в пространстве
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие Московское опытно-конструкторское бюро "Марс"
Приоритеты:
подача заявки:
2001-12-18
публикация патента:

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно, к бортовым средствам терминального управления разгонных блоков с нерегулируемыми маршевыми ракетными двигателями. Предлагаемая система содержит последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения, определитель обратной величины и первый интегратор, подключенный к первому входу вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока. Предусмотрен также счетчик времени, подключенный выходом через временной сумматор ко второму входу указанного вычислителя, и счетчик тактов, выход которого подключен к третьему входу вычислителя. Дополнительно система содержит счетчик мерных интервалов, умножитель, второй интегратор и делитель. Выход указанного счетчика тактов через последовательно соединенные счетчик мерных интервалов, умножитель и второй интегратор подключен к первому входу делителя, а второй выход счетчика мерных интервалов соединен со вторым входом делителя. Выход вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока соединен со вторым входом умножителя. Данное исполнение системы обеспечивает снижение влияния разброса характеристик ракетного двигателя на процесс управления. Изобретение направлено на повышение точности и быстродействия вычисления времени отсечки двигателя разгонного блока и определения на его основе траектории движения этого блока. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Формула изобретения

Система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока, содержащая последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения, определитель обратной величины, первый интегратор и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока, счетчик времени, выход которого через сумматор времен измерений подключен ко второму входу вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока, и счетчик тактов, выход которого подключен к третьему входу указанного вычислителя, отличающаяся тем, что она содержит счетчик мерных интервалов, умножитель, второй интегратор и делитель, причем выход указанного счетчика тактов через последовательно соединенные счетчик мерных интервалов, умножитель и второй интегратор подключен к первому входу делителя, второй выход счетчика мерных интервалов соединен со вторым входом делителя, а выход вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока соединен со вторым входом умножителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к космической технике, а именно к области техники, связанной с терминальным правлением разгонных блоков с нерегулируемой тягой маршевого двигателя.

Одной из основных операций терминального управления разгонных блоков с нерегулируемой тягой маршевых двигателей является прогноз момента времени отсечки маршевого двигателя, определяемого из условия достижения заданного функционала при отработке текущей программы ориентации тяги двигателя. На этот момент определяют параметры движения разгонного блока и отклонения от заданной орбиты, по которым выполняется коррекция программ ориентации тяги маршевого двигателя.

В качестве модели прогноза траекторного движения разгонного блока как материальной точки используется система дифференциальных уравнений

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - вектор абсолютной скорости;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - кажущееся ускорение;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - единичный вектор тяги;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - радиус-вектор;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - вектор гравитационного ускорения.

Для установившегося режима работы маршевого двигателя в пустоте кажущееся ускорение система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 определяется по формуле

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где p - тяга маршевого двигателя;

mо - масса разгонного блока на момент начала маневра;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - секундный расход топлива;

t - время, отсчитываемое от начала маневра.

Соотношение (1) может быть представлено в виде

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - условное время сгорания массы mo, разгонного блока,

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - удельный импульс тяги маршевого двигателя.

Как показывает практика для разгонного блока с нерегулируемой тягой маршевого двигателя, возможный разброс отклонений удельного импульса от его номинального значения незначителен (менее 1%), тогда как отклонения по тяговооруженности могут быть в пределах система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091578%.

С учетом этого величина параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 может иметь разброс до 10% от ее номинального значения, что существенным образом сказывается на точности выполнения прогноза траекторного движения разгонного блока и выполнении задач полета.

Нормальное функционирование терминального управления и требуемая точность построения орбит, как показывают расчеты, обеспечиваются при точности определения параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 не хуже система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091571% от его действительного значения.

При отсутствии на борту разгонного блока датчиков, измеряющих тягу и секундный расход топлива, значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 может быть определено путем его идентификации, базирующейся на информации о текущем значении модуля кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

Из уравнения (2) получим зависимост:

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

Соотношение (3) при условии постоянства удельного импульса тяги маршевого двигателя J определяет линейное по времени изменение величины, обратной кажущемуся ускорению, в котором коэффициент а пропорционален параметру система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570.

Задачей идентификации является определение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 по значениям Уi полученным в моменты времени ti.

Наиболее близким техническим решением является система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока, содержащая последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения (ИКУ), определитель обратной величины (ООВ), первый интегратор и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока (ВУВСМРБ), счетчик времени (СВ), выход которого через сумматор времен измерений (СВИ) подключен ко второму входу, а выход счетчика тактов (СТ) - к третьему входу вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока [1].

В известной системе процесс идентификации основан на сглаживании значений Уi по методу наименьших квадратов [2].

Недостатком известной системы является то, что возможные флюктуации и низкочастотные изменения тяги двигателя через измеренные значения кажущегося ускорения сказываются на точности определения условного времени сгорания массы разгонного блока и, как следствие этого, на точности выполнения прогноза движения разгонного блока и коррекции программы ориентации тяги двигателя в процессе выполнения маневра.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия и точности определения условного времени сгорания массы разгонного блока путем снижения влияния нестационарности характеристик двигателя разгонного блока и флюктуаций погрешностей измерения кажущегося ускорения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную систему идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока, содержащую последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения, определитель обратной величины, первый интегратор и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока, счетчик времени, выход которого через сумматор времен измерений подключен ко второму входу, а выход счетчика тактов - к третьему входу вычислителя условного времени сгорания массы ракетного блока, введены счетчик мерных интервалов, умножитель, второй интегратор и делитель, выход счетчика тактов через последовательно соединенные счетчик номера временного интервала, умножитель и второй интегратор подключен к первому входу делителя, второй выход счетчика мерных интервалов соединен со вторым входом делителя, а выход вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока соединен со вторым входом умножителя.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой системы идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока; на фиг.2 - структурная схема вычислителя системы; на фиг.3 - схема последовательности определения условного времени сгорания массы разгонного блока система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570; на фиг.4 и 5 изображены процессы изменения по времени относительной ошибки идентификации система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 условного времени сгорания массы разгонного блока система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 при низкочастотном колебании кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 соответственно предлагаемой системы и системы-прототипа.

Система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока (фиг.1) содержит последовательно соединенные измеритель кажущегося ускорения (ИКУ) 1, определитель обратной величины (OOВ) 2, первый интегратор 3 и вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока (ВУВСМРБ) 4, счетчик времени (СВ) 5, выход которого через сумматор времен измерений (СВИ) 6 подключен ко второму входу, а выход счетчика тактов (СТ) 7 - к третьему входу вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока 4, выход счетчика тактов 7 через последовательно соединенные счетчик мерных интервалов (СНВИ) 8, умножитель 9 и второй интегратор 10 подключен к первому входу делителя 11, второй выход счетчика мерных интервалов 8 соединен со вторым входом делителя 11, а выход вычислителя условного времени сгорания массы разгонного блока 4 соединен со вторым входом умножителя 9.

Вычислитель условного времени сгорания массы разгонного блока 4 (в дальнейшем - вычислитель 4) (фиг.2) содержит усилитель 12, сумматор 13 и блок деления 14, первый вход вычислителя 4 подключен через последовательно соединенные усилитель 12, сумматор 13 и блок деления 14 к выходу вычислителя 4, второй вход вычислителя 4 подключен ко второму входу сумматора 13, а третий вход - ко второму входу блока деления 14.

Система идентификации условного времени сгорания массы разгонного блока работает следующим образом.

Кажущееся ускорение система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 с выхода измерителя кажущегося ускорения 1 поступает на первый вход вычислителя 4 через определитель обратной величины 2, где формируется величина, обратная кажущемуся ускорению система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 и первый интегратор 3, где суммируются обратные функции система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

Со счетчика времени 5 время ti измерения кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 поступает на второй вход вычислителя 4 через сумматор времен измерений 6, где выполняется суммирование времен выполнения замеров система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 кажущегося ускорения.

Со счетчика тактов 7 количество n выполненных измерений кажущегося ускорения поступает на третий вход вычислителя 4 и на вход счетчика мерных интервалов 8. Время ti и счет тактов вычислений отсчитываются от момента начала идентификации параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 на каждом маневре. Перед каждым маневром первый интегратор 3, счетчик времени 5, сумматор времен измерений 6, счетчик тактов 7, счетчик номера мерных интервалов 8 и второй интегратор 10 обнуляются.

В вычислителе 4 по информации, поступившей на каждом такте ее обновления на его входы, определяется текущая оценка условного времени сгорания топлива система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 по зависимости

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

Блоки с 1 по 7 работают синхронно с тактом выполнения измерений кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

В счетчике номера мерных интервалов 8 после каждого интервала, состоящего из К тактов счета, номер интервала j изменяется на единицу, то есть j= j+1, если n=(j+1)к, причем в начале каждого маневра принимается n=0, j=0 (фиг.3).

Значение j+1 поступает со второго выхода счетчика мерных интервалов 8 на второй вход делителя 11. Одновременно с изменением j с первого выхода счетчика мерных интервалов 8 на второй вход умножителя 9 поступает признак система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157=1, принимающий значение система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157=0, когда нет изменения j.

На первый вход умножителя 9 поступает оценка параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570 на каждом такте. При система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 = 1 на выходе умножителя 9 формируется значение система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Oj при jсистема идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570, которое поступает на вход второго интегратора 10, на выходе которого формируется сумма система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 определяемая как

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157OO - начальное значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Oj - значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157O, вычисленное на j-ом интервале.

С выхода второго интегратора 10 вычисленная сумма приходит на первый вход делителя 11 в качестве делимого, а на второй вход - в качестве делителя - значение j+1. На выходе дeлителя 11 формируется условное время сгорания массы разгонного блока система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157O по зависимости

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

m - номер последнего полного мерного интервала;

к - количество замеров на мерном интервале;

n - количество выполненных измерений;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157OO - начальное значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157O;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157OO = система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Опз - для первого маневра;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157OO = система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Опрм-tпрм - для последующих маневров;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Опз - заданное в полетном задании номинальное значение система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091570;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Опрм - значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О с предыдущего маневра;

tпрм - длительность процесса идентификации на предыдущем маневре.

На фиг.4 представлены графики изменения по времени относительной ошибки идентификации система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О при низкочастотном колебании кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 в пределах система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 220915710% от его номинального значения с периодом Т=100 с предлагаемой системы

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157

где система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 - относительная ошибка идентификации параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Од - действительное значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О;

система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157Оид - значение параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О, полученное путем идентификации.

Процесс идентификации выполнен при количестве замеров на мерном интервале К=100 и такте счета 0,2 с.

Предложенная система обеспечивает вхождение погрешности идентификации система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О в трубку система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091571% за 40 с.

Для сравнения на фиг. 5 показаны графики изменения по времени относительной ошибки идентификации система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О при низкочастотном колебании кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 системы - прототипа. Процесс идентификации выполнен при тех же условиях.

Вход в трубку погрешности система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091571% выполняется на 160-й секунде после начала идентификации. Изменение погрешности идентификации система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 параметра система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157О до входа в эту трубку имеет колебательный характер.

Для наглядности изображения графики низкочастотного колебания кажущегося ускорения система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 на фиг.4 и 5 выполнены в масштабе 5:1.

Таким образом, предложенная система обеспечивает вхождение погрешности идентификации система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 2209157 в трубку система идентификации условного времени сгорания массы   разгонного блока, патент № 22091571% за 40 с, что в четыре раза быстрее, чем в прототипе. При этом значительно снижена колебательность процесса.

Источники информации

1. Сыров А.С., Соколов В.Н., Ежов В.В., Кислик Л.И. Алгоритм наведения разгонного блока с нерегулируемым маршевым двигателем и малой тяговооруженностью. Авиакосмическая техника и технология, 1998, 1, с.31-33.

2. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Физматгиз, 1962, с.340м

Класс B64G1/24 управляющие устройства летательного аппарата, например для управления его положением в пространстве

способ защиты от аварии многоканальных систем управления ракет -  патент 2521117 (27.06.2014)
способ управления выведением космического аппарата на орбиту искусственного спутника планеты -  патент 2520629 (27.06.2014)
способ ориентации космического аппарата и устройство для его реализации -  патент 2519288 (10.06.2014)
способ ориентации космического аппарата и устройство для его реализации -  патент 2514650 (27.04.2014)
способ ориентации космического аппарата и устройство для его реализации -  патент 2514649 (27.04.2014)
устройство управления положением космического аппарата в пространстве с использованием орбитального гирокомпаса -  патент 2509690 (20.03.2014)
способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления -  патент 2506206 (10.02.2014)
стабилизация движения неустойчивых фрагментов космического мусора -  патент 2505461 (27.01.2014)
способ ориентации космического аппарата и устройство для его реализации -  патент 2501720 (20.12.2013)
способ доставки с орбитальной станции на землю спускаемого аппарата на основе использования пассивного развертывания космической тросовой системы -  патент 2497729 (10.11.2013)
Наверх