Алгоритм обнаружения отказов двигателей ориентации космического аппарата на основе анализа динамики его вращательного движения

DOI: 10.34759/vst-2022-2-166-178

Авторы

Жирнов А. В.

ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С. П. Королёва», ул. Ленина, д. 4А, г. Королёв, Московская обл., Россия, 141070

e-mail: post@rsce.ru

Аннотация

Описывается бортовой алгоритм диагностики отказов реактивных двигателей ориентации космического аппарата. Предлагаемый алгоритм основан на анализе различия фактического поведения динамики углового движения реального объекта управления и его бортовой модели. Анализируется рассогласование между вектором измеренной угловой скорости и вектором оценки угловой скорости. Алгоритм позволяет как обнаружить факт отказов типа невключения и невыключения двигателей ориентации, так и выявить отказавший двигатель, за исключением некоторых указанных в статье случаев. Даны рекомендации по выбору параметров алгоритма. Работоспособность предложенного алгоритма демонстрируется с помощью результатов математического моделирования.

Ключевые слова:

диагностика отказов, управление ориентацией, двигатели ориентации

Библиографический список

1. Донсков А.В., Мишурова Н.В., Соловьев С.В. Автоматизированная система контроля состояния космического аппарата // Вестник Московского авиационного института. Т. 25. № 3. С. 151-160.
2. Каменский К.В., Мартиросов Д.С. Метод контроля текущего состояния жидкостного ракетного двигателя на стационарных и переходных режимах испытания // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 46-53. DOI: 10.34759/vst-2021-3-46-53
3. Жирнов А.В., Тимаков С.Н. Алгоритм диагностики отказов двигателей ориентации МКС на основе самонастраивающейся бортовой модели динамики углового движения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. 2016. № 4(109). С. 98‑114. DOI: 10.18698/0236-3933-2016-4-98-114
4. Simani S., Fantuzzi C., Patton R.J. Model-based fault diagnosis in dynamic systems using identification techniques. — Springer-Verlag, 2002. — 297 p.
5. Chen J., Patton R.J. Robust Model-Based Fault Diagnosis for Dynamic Systems. — Kluwer: Academic Publisher, 1999. — 326 p.
6. Fonod R., Henry D., Charbonnel C., Bornschlegl E. Position and Attitude Model-Based Thruster Fault Diagnosis: A Comparison Study // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2015. 38. No. 6, pp.1012-1026. DOI: 10.2514/1.G000309
7. Fonod R., Henry D., Bornschlegl E., Charbonnel C. Thruster Fault Detection, Isolation and Accommodation for an Autonomous Spacecraft // 19th International Federation of Automatic Control (IFAC) World Congress (24-29 August 2014; Cape Town, South Africa). 47. No. 3. DOI: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.02144
8. Zolghadri A. Advanced Model-Based FDIR Techniques for Aerospace Systems: Today Challenges and Opportunities // Aerospace Sciences. Vol. 53. No. 3, pp. 18–29. DOI: 10.1016/j.paerosci.2012.02.004
9. Fonod R., Henry D., Charbonnel C., Bornschlegl E. Robust Thruster Fault Diagnosis: Application to the Rendezvous Phase of the Mars Sample Return Mission // 2nd CEAS Specialist Conference on Guidance, Navigation and Control (10-12 April 2013; Delft University of Technology, Netherlands), pp. 1496-1510. FrBT2.2
10. Кропотин С.А., Смоленцев А.А., Бобылев А.С. и др. Результаты повторного применения двигателей управления спуском транспортного пилотируемого корабля «Союз» // Космическая техника и технологии. 2021. № 3(34). С. 37-47. DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2021-3-37-47
11. Ахметов Р.Н. Методы и модели автономного управления живучестью автоматических космических аппаратов дистанционного зондирования Земли // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва. 2008. № 2(15). С. 194-210.
12. Колесников К.С. Динамика ракет: Учебник. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Машиностроение, 2003. — 519 с.
13. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния / Пер. с англ. В.А. Лотоцкого и А.С. Манделя; под ред. Н.С. Райбмана. — М.: Мир, 1975. — 683 с.
14. Kwakernaak H., Sivan R. Linear Optimal Control Systems. — New York, Wiley-Interscience, 1972. — 608 p.
15. Зубов Н.Е., Микрин Е.А., Рябченко В.Н., Тимаков С.Н. Применение адаптивного полосового фильтра в качестве наблюдателя в контуре управления международной космической станции // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2012. № 4. С. 88-100.
16. Тимаков С.Н., Жирнов А.В. Алгоритм активного демпфирования упругих колебаний конструкции Международной космической станции // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. 2014. № 3(96). С. 37‑53.
17. Timakov S., Zhirnov A. Active Damping Algorithm of the International Space Station Structure Vibration // 65th International Astronautical Congress IAC’14 (29 September —3 October 2014; Toronto, Canada). C 1.4.5.
18. Sun H., Zhang S. Blended Filter-Based Detection for Thruster Valve Failure and Control Recovery Evaluation for RLV // Algorithms. 2019. Vol. 12. No. 11: 228. DOI: 10.3390/a12110228
19. Chen W., Saif M. Observer-Based Fault Diagnosis of Satellite Systems Subject to Time-Varying Thruster Faults // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 129, No. 3, 2007, pp. 352–356. DOI: 1115/1.2719773
20. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. — М.: Машиностроение, 1976. — 184 с.