Введение 13
1. Обзор литературы 15
2. Объект и методы исследования 21
3. Выбор и обоснование способа обезвешивания крыльев солнечных батарей. Разработка математической модели системы стабилизации натяжения троса 23
3.1. Классы систем обезвешивания 23
3.2. Структурная схема системы стабилизации 25
3.5.1. Электропривод 25
3.5.2. Датчик силы 30
3.5.3. Контроллер 32
3.5.4. Блок питания 34
3.3. Математическое описание непрерывных линейных звеньев 35
3.5.1. Электропривод 35
3.5.2. Датчик силы 36
3.4. Нелинейные характеристики звеньев 36
3.5.1. Сухое трение редуктора 36
3.5.2. Люфт редуктора 37
3.5. Математическое описание контроллера 39
3.5.1. Аналогово-цифровой преобразователь 39
3.5.2. Цифро-аналоговый преобразователь 40
3.5.3. Цифровая вычислительная машина 41
3.6. Методы синтеза цифрового регулятора 41
4. Преобразование ОСС к конечному виду 45
Заключение 90
Целью данной работы является создание математической модели автоматической системы стабилизации натяжения тросов обезвешивания крыльев солнечных батарей космических аппаратов.
В процессе создания (КА) важным этапом является этап наземных испытаний. Во время испытаний (КТС) космического базирования условия, созданные в цехах и лабораториях, кардинально отличаются от условий открытого космоса. Основными параметрами, отличающими эти две среды, являются:
• температура (температура в космосе может резко меняться в пределах от -120-150 °C);
• отсутствие силы тяжести (приводит к отсутствию деформаций конструкции и дополнительных трений в шарнирах).
Для устранения влияния второго фактора необходимо устройство, которое создавало бы силы, равные по модулю весу испытуемой конструкции и противоположные им по направлению. С этой целью создаются стенды обезвешивания для наземных испытаний механических устройств.
При проведении испытаний крупногабаритных трансформируемых систем применяется полунатурный эксперимент: крыло солнечной батареи или другое устройство, впоследствии устанавливаемое на КА, закрепляется на массогабаритный макет КА и приводится приводами из транспортируемого состояния в рабочее, т. е. раскрывается. Каждое звено конструкции (например, секция КБС) соединяется при помощи вертикально поддерживаемого троса к приводу, создающему обезвешивающую силу. В то же время в моделирование работы стенда при проведении испытаний может быть полезным с точки зрения возможности прогнозирования результатов работы стенда и хода раскрытия КСБ. С этой целью и проводится работа по построению математической модели стенда.
Объектом исследования является система стабилизации натяжения тросов обезвешивания, устанавливаемая на каретку, расположенную на горизонтальных направляющих над обезвешиваемым изделием. Система состоит из следующих структурных составляющих: привод, датчик силы, АЦП, контроллер. Поэтому основной задачей будет являться построение математической модели каждой из этих составляющих и их последующее объединение.
Полученную в ходе выполнения математическую модель предполагается использовать на предприятии АО "Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнева" в отделах, которые занимаются проведением испытаний КТС, в частности КБС. Данную модель можно дополнять и уточнять при помощи данных, полученных в ходе полунатурных экспериментов.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был проведён анализ различных конструкций стендов систем обезвешивания и способы их моделирования. В ходе анализа были выяснены основные особенности каждого класса стендов обезвешивания и преимущества и недостатки методов моделирования.
При создании структурной схемы устройства помимо простого описания компонентов был проведён анализ с целью обоснования использования конкретного типа того или иного элемента. Также был описан принцип действия устройств, что было выполнено для демонстрации понимания работы системы.
В процессе разработки были определены математические зависимости, описывающие элементы стенда. Было выяснено, что помимо линейных зависимостей в системе наличествуют нелинейные характеристики, связанные с особенностями функционирования редуктора в исследуемой системе.
Другим аспектом в данной работе было исследование цифровой части САС НТ. В данном пункте были рассмотрены преобразующие устройства и ЦВМ, выполняющая функции регулятора в данной системе. Дальнейшие исследования были выполнены по теме настройки и синтеза дискретного регулятора, который реализуется с помощью данной машины.
Для удобства вычислений и совмещения непрерывной и цифровой частей непрерывная была преобразована в дискретную. На основе полученной ОСС можно проводить настройку ПСР-регулятора или синтез регулятора произвольного вида в соответствии с алгоритмом управления и параметрами моделируемых устройств. Также был предложен программный продукт для выполнения расчётов на ЭВМ.
В будущем возможно усовершенствование модели путём более детального рассмотрения и учёта нелинейностей типа "люфт" и "сухое трение", а также замены модели двигателя в первом приближении моделью вентильного двигателя с учётом его особенностей.
