- •Мостовой я.А. Методические Указания и исходные данные для лаб. Маг «Безопасное автономное управление студенческим спутником»
- •Состав моделей внешней среды.
- •Уравнение углового движения спутника - математическая модель углового движения
- •Закон управления, реализованный в бцвм.
- •Закон управления в бцвм на участке разгрузки.
- •Исходные данные:
- •Проверка правильности выбранных законов управления и отладка их программной реализации
- •Структурная схема системы управления.
- •Состав отчета «Безопасное управление студенческим спутником»
- •Метод Эйлера численного интегрирования систем оду.
Состав моделей внешней среды.
1) Модель углового движения СС по каналу тангажа.
2)Модель датчика углового положения, модель датчика угловой скорости. Эти модели могут быть очень простыми – возвращать системной ЦВМ значения угловых координат и скорости их изменения, полученных от модели движения.
3) Модель ИО – двигатель-маховик с насыщением.
4) Модель ИО системы разгрузки – ракетные управляющие двигатели с релейным управлением.
Эти модели должны также обеспечивать имитацию нештатных ситуаций:
-имитировать отсутствие ответа на запрос,
-имитировать выдачу неправильного ответа(не изменяющегося по времени) – «залипание».
Схема управления угловым положением спутника в канале тангажа.
Маховик – ускорение на разгон
Спутник – нос вниз (-
)
Маховик – ускорение на торможение
Спутник – нос вверх(+ )
Схема системы управления. Смотри приложение.
Требования к реализации многозадачности.
Программы - модели внешней среды, необходимые для отладки ,и программы управления, как задачи реализуются в одном ПК.
Эти модели должны разрабатываться независимо от управляющих программ и реализовываться как потоки разных процессов, взаимодействующих между собой.
Для реализации данной задачи не допускается использование одного многопоточного процесса.
Модели датчика углового положения (ДУП) и датчика угловой скорости (ДУС) возможно реализовать в специальном процессе моделей датчиков, каждая своим потоком. Аналогично могут быть реализованы обе модели исполнительных органов.
Уравнение углового движения спутника - математическая модель углового движения
При описании динамики объектов управления механических систем краеугольным камнем является второй закон Ньютона. Для применения 2-го закона Ньютона, необходимо задать некоторую систему координат, относительно которой будут определяться скорость, положение, направление сил, действующих на объект.
Со школы известен закон Ньютона в форме:
или
,
здесь F – вектор сил, действующих на объект,
m – масса объекта,
- вектор ускорения.
Применительно к вращательному движению объекта относительно точки центра масс 2-ой Закон Ньютона записывается в виде
Здесь Jо – момент инерции относительно центра вращения(цм).
- угол поворота спутника по тангажу.
M – момент сил, действующих относительно Ц.М.
Моменты инерции для тел простой формы шара, параллепипеда и т.п. приведены в справочниках. Для тел произвольной формы момент инерции может быть подсчитан по известным методикам. Мы будем рассматривать момент инерции спутника относительно центра масс, как заданную константу.
Запишем модель углового движения спутника с вращающимся маховиком по каналу тангажа.
Jо
=Mв-Myпр
(1)
Здесь управляющий момент от маховика:
Mупр=Jмх
)
(2)
Подставим 2 в 1.
Здесь
-
угловое ускорение маховика Jо
и Jмх – моменты инерции
спутника и маховика. Начальные условия:
t = 0,
Здесь управляющее воздействие определяется значением ,которое формируется как функция от отклонений угла и угловой скорости.
Воздействия от других действующих относительно ц.м. моментов
момент
от системы разгрузки. Когда система
разгрузки не работает
.
Когда система разгрузки работает Мр –
функция от
.
Mв – возмущающий момент относительно центра масс
Значения
.
Поэтому можно пренебречь
по сравнению
и тогда:
При работе маховика до начала его
разгрузки
и движения спутника.
=
(3)
Здесь
-управляющая координата – угловое
ускорение вращения маховика, определяемая
законом управления(4).
