Спосіб керування космічними апаратами.

Корисна модель відноситься до галузі систем керування, зокрема, до бортових систем керування космічних апаратів (КА) та може бути використана в системах керування вітчизняними космічними апаратами, що працюють в умовах однопунктної технології, для роботи бортових комплексів керування КА. Відомі способи керування космічними апаратами передбачають функціонування бортових цифрових обчислювальних комплексів (БЦОК) КА за чіткими алгоритмами, прив'язуючи момент виконання програмних команд керування КА до бортового часу чи до координати КА [1, 2]. Недоліком відомих способів, обраних як прототип є те, що алгоритми функціонування БЦОК КА є жорсткими і не можуть гнучко реагувати на: - відмови, викликані помилками у самих алгоритмах; - відмови бортової апаратури КА, викликані дефектами елементів систем(датчиків, мікросхем, з'єднань тощо); - функціонування на нештатних орбітах при помилках виведення; - «плаваючі» несправності; - відмови, викликані закінченням ресурсу систем. В таких випадках, спочатку проводиться переведення КА у аварійний режим чи режими обмеженого функціонування, приймання телеметричної інформації, її аналіз, розрахунок програм керування, закладка їх на борт і далі циклічно, до приведення КА в працездатний стан. В цей досить тривалий проміжок часу КА не виконує завдань за цільовим призначенням і втрачає корисну інформацію, яка зберігалась на борту. У основу корисної моделі покладено завдання створити спосіб керування космічними апаратами, який шляхом використання процесору в складі бортового комплексу керування з новою архітектурою та алгоритмом роботи на базі нечіткої логіки дав можливість забезпечити гнучкість функціонування КА, підвищити оперативність усунення відмов систем КА, викликаних різними причинами, накопичувати досвід та адаптуватись до зміни умов функціонування. Для рішення поставленого завдання у способі керування космічними апаратами, який полягає в тому, що в процесі експлуатації КА процесор з використанням математичного апарату нечіткої логіки, накопичує досвід про типові відмови, відмови, викликані випрацюванням ресурсу апаратури, «плаваючі» несправності, коригує алгоритми функціонування БЦОМ, перешкоджаючи переходу в аварійні режими та режими обмеженого функціонування, забезпечуючи зберігання корисної інформації. Суть запропонованої корисної моделі полягає у наступному: Процес керування космічним апаратом є досить важким, оскільки КА складний технічний пристрій, який функціонує в несприятливих умовах космічного простору та безпосередній вплив на нього є неможливим. Якість вирішення завдань за призначенням космічної системи залежить від якості функціонування системи керування, та бортового комплексу керування (БКУ) зокрема. Блоксхема КА, як об'єкту керування приведена на Фіг.1. Оцінка технічного стану бортових систем КА здійснюється шляхом обробки телеметричної інформації (ТМІ). В загальному випадку аналіз працездатності і технічного стану КА за даними ТМІ базується на основі відповідності всієї множини параметрів, що характеризують систему, встановленим нормам, на заданий момент часу, без врахування тенденцій та особливостей динаміки зміни параметрів [3]. Контроль бортовим комплексом керування телеметричних параметрів значно спрощений і при більшості відмов відбувається переривання виконання КА завдань за призначенням, переведення КА в аварійний режим чи режим обмеженого функціонування, передавання ТМІ на наземний комплекс керування її аналіз, вироблення та прийняття рішень, передавання до бортового комплексу керування команд керування. Очевидно, що автономність функціонування КА в таких випадках досить низька. Пропонується використати процесор на базі нeчіткої (Fuzzi) логіки, який дозволить: - проводити попередню обробку та фільтрацію вимірюваної телеметричної інформації; - проводити часову корекцію команд керування; - компенсовувати збурення; - оперативно та гнучко реагувати на відмови бортової апаратури; - адаптувати та оптимізувати функціонування бортового комплексу керування. Блок-схема КА з використанням нечіткої логіки в бортовому комплексі керування приведена на Фіг.2. Функціонування процесору, як нечіткого регулятору в складі БКУ КА буде складатись із наступних кроків: - нормування телеметричних параметрів, яке переводить фізичні величини в відсотки для використання в процесі регулювання; - проводиться фуццифікація тобто перетворення фізичних вхідних величин в нечітку описову форму; - виведення та реалізація нової інформації за правилами, які закладені в пам'ять процесору, тобто визначення управляючої дії. - дефуццифікація, тобто зворотне перетворення нечіткої описової форми в чітку фізичну величину та її денормування у сигнали керування. В запропонованому способі використовується наступна лінгвістична змінна: W = á w, T(w),U, G, Mñ , де w - найменування (назва) лінгвістичної змінної (напруга, струм, температура), T={t1,..tr} - терм - множина значень, сукупність її лінгвістичних значень (мала, середня, помірна, висока), U - носій (область визначення термів), G - синтаксичне правило, що породжує терми множини Т, М – семантичне правило, яке кожному лінгвістичному значенню со ставить в відповідність його зміст М(w ), при чому М(w ) означає нечітку підмножину носія U. Основою для формування дерева логічного висновку є значення телеметричних параметрів. Пропонується використати Гаусівську функцію належності, яка досить проста (має 2 параметри налагодження) та досить універсальна: é æ x - b ö2 ù f (x ) = exp ê - ç ÷ ú ê ç c ÷ ú ø û è ë де х - значення вхідного параметру, що підлягає фазифікації, b - координата максимуму функції, с - коефіцієнт концентрації - розтягу функції. Використання запропонованого способу відповідає новітнім тенденціям в розробці КА, які напрямлені на розробку уніфікованих космічних платформ, що дає можливість розробити нечіткі регулятори уніфіковані до типів платформ. Перелік посилань: 1. Загорулько А.Н. Особенности программных способов управления космическими аппаратами при однопунктной технологии. // Моделювання та інформаційні технології: Збірник, наукових, праць. X.: НАНУ, Інститут проблем моделювання в енергетиці імені Г.Є. Пухова. - 2005. - Вип. 32. -С.80-87 2. Патент №19490 Україна, МПК B64G1/24. Кординатно-часовий спосіб керування космічними апаратами: Пат. №19490 Україна, МПК B64G1/24. / О.М. Загорулько, В.І. Богомья, О.М. Моргун (Україна). - №u200607244; Заявл. 30.06.06; Опубл.15.12.06; Бюл №12. -8с. 3. Організація системи керування космічними засобами в умовах однопунктної технології / СТ. Черепков, О.А. Моргун, О.М. Загорулько, С.Д. Ставицький: Навчальний посібник. - К.: НАОУ, 2005. - 57с.