WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В пятом разделе “Результаты тестирования различных алгоритмов ориентации” второй главы производится сравнение четырех разных алгоритмов ориентации двумя способами по следующим показателям качества: а) Суммарный расход энергии в момент установления режима 2ЗС (режима штатной ориентации); б)время завершения успокоения; в) время завершения поиска Земли; г) время установления режима 2ЗС.

Первый способ предполагает многократное численное моделирование процесса ориентации микроспутника при различных начальных условиях и возмущающих параметрах. Далее следует реализация этого метода расчет приближенных значений математического ожидания и средне-квадратичного отклонения показателей качества, что позволяет судить о качестве работы того или иного алгоритма управления.

Такой подход не применим в случае, если алгоритмы управления представлены не в виде программных модулей, встраиваемых в программу моделирования, а в виде бортовой вычислительной машины, работающей в реальном масштабе времени. В этом случае сразу становится невозможно многократное проведение имитации процесса ориентации, поскольку длительность процесса моделирования в реальном масштабе времени исчисляется часами.

Второй способ предполагает использование стратегии тестирования, найденной в результате решения игровой задачи первого этапа методики максиминного тестирования. Стратегия тестирования принимается на вход программы моделирования в качестве возмущений и производится однократное моделирование процесса ориентации при воздействии управления, поступающего от бортовой вычислительной машины. В результате расчитываются показатели качества.

Суммируя вышесказанное, создан программный тестирующий стенд, способный производить сравнение различных алгоритмов ориентации микроспутника. Тестируемые алгоритмы ориентации могут быть представлены как в виде модулей, встраиваемых в программу моделирования, так и в виде бортовой вычислительной машины, подключаемой к программе моделирования движения спутника. Создан прототип тестирующего стенда для сравнения, оптимизации и проверки качества работы алгоритмов управления ориентацией микроспутника Земли “Университетский-Татьяна-2”.

Третья глава диссертации называется “Математическое обеспечение тестирующего тренажера по сближению устройства спасения космонавта с орбитальной станцией” В этой главе решена задача тестирования качества визуального сближения космического модуля с орбитальной станцией. Спасательный космический модуль (СКМ) представляет собой человекаоператора, облаченного в скафандр и устройство спасения космонавта (УСК). УСК, в свою очередь, представляет собой прямоугольную раму, по углам которой находятся по 4 газовых микродвигателя. На УСК находится система управления, которая включается при отрыве космонавта от станции, гасит угловые скорости, далее космонавт ориентируется лицом к точке предполагаемого контакта и включает маршевые двигатели для сближения со станцией. На движение модуля влияют 3 типа возмущений начальные отклонения от номинальной траектории, параметрические возмущения (такие как смещение центра масс, ошибки в определении тензора инерции) и постоянно действующие - ошибки в реализации тяг двигателей (могут достигать 10%).

В данной главе рассмотрены две задачи тестирования качества стабилизации маршевого движения космического модуля при сближении со станцией.

В первом разделе данной главы, который носит название “Смешанные стратегии тестирования качества стабилизации процесса сближения устройства спасения космонавта с орбитальной станцией” рассмотрена задача тестирования качества стабилизации процесса сближения СКМ с орбитальной станцией в плоской постановке с конечным множеством возмущений.

Задача решена в условиях отсутствия точки равновесия в геомметрической игре.

В первом параграфе “Уравнения движения устройства спасения космонавта” первого раздела построена математическая модель СКМ и получены линеаризованные уравнения движения СКМ в отклонениях от идеального:

1 = x2, r r r r 2 = -v1(t) + v2(t) + v3(t) - v4(t), 3 = x4, 4 = -x5(up(t) + up(t) - up(t) - up(t)) - u1 - u2 + u3 + u4, 2 3 1 5 = x6, r r 6 = ((b + 2)(u1 - u4) + (a + 1)(up(t) - up(t) + v2(t) - v1(t))+ 2 r r (b - 2)(u3 - u2) + (a - 1)(up(t) - up(t) + v4(t) - v3(t)))/B.

4 (17) Здесь x1, x3 отклонения от программной траектории в плоскости движения космического модуля, x5 отклонение по углу от программного движения, up(t) программное управление (заi данные функции времени), ui(·) U = {u(·) L[t0, t1]|i ui(t) f, f = const} стабилизирующие управления, vj(t) набор известных функций времени, j = 1,.., 4, i = 1, 2, 1, 2 смещения центра масс рамы СКМ относительно ее геометрического центра, B- момент инерции рамы. Предположим, что начальные условия x(t0) = x0 фиксированы. Система (17) имеет вид (1), где возмущения для простоты представлены в виде w = r {1, 2}, а критерий качества управления в виде (2) J = x2(tk) + x2(tk).

1 Во втором параграфе “Реализация первого этапа тестирования” первого раздела представлено решение первого этапа методики тестирования, согласно теории из первого раздела первой главы. Производится редукция исходной динамической игры к геометрической игре путем разложения системы (17) на управляемую (6) и возмущенную (5) подсистемы. Множество достижимости Gu, соответствующее системе (6), представляет собой отрезок прямой, а множество достижимости Gw системы (5) - набор из двух точек.

Согласно методике тестирования, решается максиминная задача (4) и выполняется проверка условий теоремы 1. В случае наличия точки равновесия, в качестве стратегии тестирования берется значение возмущения, соответствующее решению максиминной задачи (4), и первый этап методики тестирования считается завершенным.

При отсутствии точки равновесия, производится синтез смешанной стратегии тестирования определяются вероятности выбора возмущений.

Во втором разделе третьей главы “Учет расхода топлива при тестировании качества стабилизации процесса сближения УСК с орбитальной станцией” рассмотрена задача в пространственной постановке с функциональным множеством постоянно действующих возмущений, функционал в этой задаче содержит информацию о расходе рабочего тела (13). Решение задачи тестирования основано на теории из второго раздела первой главы.

В первом параграфе данного раздела “Уравнения пространственного сближения УСК с орбитальной станцией” построена математическая модель пространственного движения спасательного космического модуля, выведены линеаризованные уравнения движения в отклонениях от идеального. Они имеют вид:

1 = x2, 2 = (vi1 - vi2), i= 3 = x4, 4 = x11 i=1(up - up ) + (u42 + u32 - u12 - u22), i1 i 5 = x6, 6 = -x9 i=1(up - up ) + (u11 + u41 - u21 - u31), i1 i(18) 7 = x8, 8 = (M1 + 2M3 - 3M2 - 1M1)/I1, 9 = x10, x = (M2 + 3M1 - 1M3 - 2M2)/I2, x = x12, x = (M3 + 1M2 - 2M1 - 3M3)/I3, где vij - переменные во времени ошибки в реализации тяг max маршевых двигателей, |vij| vij, up тяги маршевых двиi гателей, uij стабилизирующие управления, 0 uij(t) umax, M = (M1, M2, M3) момент, создаваемый двигателяij ми, 1, 2, 3, 1, 2, 3 постоянные величины, характеризующие неточности в определении тензора инерции.

Функционал качества представлен в форме (13).

Во втором параграфе “Первый этап методики максиминного тестирования” второго раздела третьей главы представлена реализация первого этапа методики тестирования для описанной выше задачи.

Согласно второму разделу первой главы, путем введения в систему новой переменной 13 = (ui1 + ui2), i=где неотрицательный весовой коэффициент. Функционал качества становится эквивалентен следующему J(u(·), v(·)) = x2(tk)2 + x3(tk)2 + x4(tk)2, что дает возможность привести рассматриваемую динамическую игру к геометрической игре в расширенном пространстве на областях достижимости управляемой и возмущенной систем.

На Рис. 3 представлено графическое изображение геометрической игры между возмущениями и управлениями в расширенном пространстве. На рисунке отмечена пара точек, соответствующая ситуации равновесия.

Рис.3. Геометрическая игра на областях достижимости.

В третьем разделе “Второй этап тестирования процесса сближения УСК с орбитальной станцией. Создание тестирующего тренажера.” третьей главы описана программа имитации процесса сближения спасательного космического модуля с орбитальной станцией. Эта программа используется для реализации второго этапа методики тестирования.

Созданная программа имитации способна численно интегрировать уравнения движения космического модуля при воздействии возмущений в реальном масштабе времени. В программе присутствует блок, способный вычислять стратегию тестирования наихудшие возмущения, действующие на космический модуль.

В программе присутствует блок, способный строить реалистичную графическую картину сближения с помощью современных средств визуализации, таких как виртуальная реальность.

Этот блок использует возможности современных компьютерных графических адаптеров для создания реалистичных эффектов затенения поверхностей космической станции, эффекта атмосферы, позволяет отображать высокодетализированную модель космической станции и земной поверхности, что в целом способствует погружению тестируемого оператора в ’виртуальную’ космическую среду в окрестности орбитальной станции.

Наряду с этим, в программе присутствует блок соединения с пультом управления устройством спасения космонавта. В перспективе, в рамках описанного тестирующего тренажера, возможно использование центрифуги для создания вестибуло-сенсорного конфликта для имитации состояния невесомости. Это позволит значительно усилить эффект присутствия при проведении тренировок.

На основе описанной программы был создан рабочий прототип визуального тестирующего тренажера по управлению устройством спасения космонавта. В основе тренажера лежит тестирующий модуль, формирующий возмущения, действующие на движение космонавта в ходе сближения с орбитальной станцией.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Методика максиминного тестирования расширена на билинейные системы.

2. Получено необходимое и достаточное условие существования оптимальной стратегии тестирования в классе выпуклых функционалов.

3. Решена задача синтеза оптимальной смешанной стратегии тестирования для конечного множества возмущений.

4. Разработано математическое и программное обеспечение компьютерного стенда для тестирования качества ориентации микроспутника, заключающееся в применении методики максиминного тестирования и метода Монте-Карло.

5. Разработано математическое обеспечение и создан прототип тренажера по сближению Спасательного Космического Модуля с орбитальной станцией. Поставлена и решена задача тестирования с учетом расхода топлива.

Список работ по теме диссертации 1. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Смешанные стратегии тестирования в задачах проверки качества работы алгоритмов стабилизации. // Вестник МГУ. сер. Мат. мех.

2009. №3. С. 50 53.

2. Садовничий В.А., Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Максиминное тестирование качества управления устройством спасения космонавта. // Математические вопросы кибернетики, М.: Физматлит, 2007, выпуск 16. С. 23 30.

3. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Компьютерное моделирование движения спасательного космического модуля в окрестности орбитальной станции. // 2004г, г.Алушта. XIII международный научно-технический семинар “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”, тезисы докладов, с.315.

4. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Компьютерный тестирующий тренажер по управлению устройством спасения космонавта. // 2006г, г.Москва, 5-й международный аэрокосмический конгресс, тезисы докладов, с.69.

5. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Компьютерный тестирующий тренажер по управлению устройством спасения космонавта. // 2006г, г.Алушта. XV международный научнотехнический семинар “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”, тезисы докладов, с.252.

6. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Математическое обеспечение визуального тестирующего тренажера. // 2007г, г.Алушта. XVI международный научно-технический семинар “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”, тезисы докладов, с.200.

7. Лебедев А.В. Дискретно-непрерывные игры в задачах максиминного тестирования. // Системы управления и информационные технологии, 2008, №1(31). - С. 33 36.

8. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Дискретнонепрерывные игры в задачах максиминного тестирования. // 2008г, г.Екатеринбург. 39 всероссийская молодежная конференция “Проблемы теоретической и прикладной математики”, тезисы докладов. C.216 221.

9. Александров В.В., Лебедев А.В., Лемак С.С. Максиминное тестирование алгоритмов ориентации микроспутника. // 2008г, г.Алушта. XVII международный научно-технический семинар “Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации”, тезисы докладов, с.182.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»