Спосіб контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів космічних апаратів

Реферат: Спосіб контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів космічних апаратів, який полягає в тому, що в процесі орбітального польоту КА бортовий комп'ютер підсистеми орієнтації КА обробляє інформацію з датчиків орієнтації та формує логічні висновки про стан орієнтації фотоелектричних перетворювачів з використанням математичного апарату нечіткої логіки, накопичує досвід про підтримання орієнтації, хід побудови сонячної орієнтації з інших режимів, парирування відмов, адаптується до умов функціонування КА. Орієнтація фотоелектричних перетворювачів є адаптивною, гнучкою, здійснюється з використанням нечіткого регулювання. UA 72511 U (12) UA 72511 U UA 72511 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі систем управління, зокрема, до підсистем управління орієнтацією космічних апаратів (КА) та може бути використана в підсистемах управління орієнтацією вітчизняних космічних апаратів, що працюють в умовах однопунктної технології, для контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів. Відомі способи контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів космічних апаратів передбачають обробку інформації з датчиків орієнтації на Сонце за чіткими алгоритмами, прив'язуючи момент виконання програмних команд управління КА до бортового часу чи до координати КА [1, 2]. Недоліком відомих способів, вибраних як прототип є те, що алгоритми функціонування бортових комп'ютерів підсистем орієнтації, 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, прийом телеметричної інформації, її аналіз, розрахунок програм управління, 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 поставлено задачу створити спосіб контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів космічних апаратів, який шляхом використання процедур на базі нечіткої логіки в складі бортового комп'ютера підсистеми орієнтації з новою архітектурою та алгоритмом роботи на базі нечіткої логіки дав можливість забезпечити гнучкість побудови сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів КА, підвищити оперативність усунення відмов підсистеми орієнтації КА, викликаних різними причинами, накопичувати досвід та адаптуватись до зміни умов функціонування. Для вирішення поставленої задачі у способі контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів космічних апаратів, який полягає в тому, що в процесі орбітального польоту КА бортовий комп'ютер підсистеми орієнтації КА обробляє інформацію з датчиків орієнтації та формує логічні висновки про стан орієнтації фотоелектричних перетворювачів з використанням математичного апарату нечіткої логіки, накопичує досвід про підтримання орієнтації, хід побудови сонячної орієнтації з інших режимів, парирування відмов, адаптується до умов функціонування КА. Суть запропонованої корисної моделі полягає у наступному: Процес управління космічним апаратом є досить складним, оскільки КА складний технічний пристрій, який функціонує в несприятливих умовах космічного простору та безпосередній вплив на нього неможливий. Якість вирішення завдань за призначенням космічної системи залежить від якості функціонування системи управління. Електрозабезпечення функціонування КА найчастіше здійснюється використовуючи фотоелектричні перетворювачі (сонячні батареї). Для більш ефективного їх використання в процесі орбітального польоту здійснюється орієнтація фотоелектричних перетворювачів на Сонце. Оцінка сонячної орієнтації КА здійснюється шляхом обробки інформації датчиків Сонця. В загальному випадку аналіз сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів КА за даними датчиків базується на основі відповідності всієї множини параметрів, що характеризують підсистему орієнтації, встановленим нормам, на заданий момент часу, без врахування тенденцій та особливостей динаміки зміни параметрів [3]. Контроль стану бортовим комп'ютером підсистеми орієнтації значно спрощений і при більшості перешкод чи відмов відбувається зрив сонячної орієнтації, переведення КА в режим побудови початкової орієнтації чи режим обмеженого функціонування, аналіз, вироблення та прийняття рішень, передавання бортовим комплексом управління команд управління. Очевидно, що ефективність побудови та підтримання сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів КА в таких випадках досить низька. Пропонується в бортовому комп'ютері підсистеми орієнтації використати процедури на базі нечіткої (Fuzzi) логіки, який дозволить: - ефективно контролювати побудову та підтримання сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів КА; - компенсовувати збурення; - накопичувати досвід; 1 UA 72511 U 5 10 15 - адаптувати та оптимізувати функціонування бортових підсистем орієнтації КА. Функціонування бортового комп'ютера підсистеми орієнтації КА, як нечіткого регулятора при контролі сонячної орієнтації буде складатись із наступних кроків (креслення): - проводиться фуццифікація тобто перетворення фізичних вхідних величин (з датчиків орієнтації) в нечітку описову форму; - виведення та реалізація нової інформації за правилами, які закладені в пам'ять комп'ютера, тобто визначення управляючої дії; - дефуццифікація, тобто зворотне перетворення нечіткої описової форми в чітку фізичну величину та її денормування у висновки про стан; В запропонованому способі використовується наступна лінгвістична змінна:   , T, U, G, M , , де  - найменування (назва) лінгвістичної змінної (напруга, струм), 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 T, M семантичне правило, яке кожному лінгвістичному значенню  ставить в відповідність його зміст M , причому M означає нечітку підмножину носія U . Основою для формування дерева логічного висновку є інформація з датчиків орієнтації. Пропонується використати Гаусівську функцію належності, яка досить проста (має 2 параметри налагодження) та досить універсальна: 20   x  b 2  f x   exp      c    , x - значення вхідного параметра, що підлягає фазифікації, де b - координата максимуму функції, c - коефіцієнт концентрації-розтягу функції. 25 30 35 40 45 Висновки про сонячну орієнтацію фотоелектричних перетворювачів видається до бортового комплексу управління, який: по-перше, за необхідності здійснює управляючі дії щодо підтримання/побудови сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів; по-друге, здійснює накопичення досвіду та коригує базу правил нечіткого регулятора протягом всього часу активного існування космічного апарата. 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. Джерела інформації: 1. Загорулько А. Н. Особенности программных способов управления космическими аппаратами при однопунктной технологии. // Моделювання та інформаційні технологи: Збірник наукових праць. X.: НАНУ, Інститут проблем моделювання в енергетиці імені Г. Є. Пухова. 2005. - Вип. 32. - С. 80-87. 2. Спосіб динамічної оцінки телеметричного параметра: Пат. № 26698. Україна, МПК B64G 1/24/ О. М. Загорулько, В. В. Ожінський, О. М. Моргун, С. В. Козелков (Україна). - № u200700827. Заявлено 26.01.07. Опубл. 10.10.07; Бюл. № 16. - 6 с. 3. Спосіб керування космічними апаратами: Пат. № 32203 Україна, МПК G05B 17/00/ В. В. Ожінський, О. М. Загорулько, В. І. Богомья (Україна). - № u200714102. Заявлено 14.12.07. Опубл. 12.05.08. Бюл. № 9. - 6 с. 4. Автоматичний аналіз стану та оцінка обстановки космічними апаратами спостереження при координатно-часовому способі керування. В. В. Ожінський // Системи озброєння і військова техніка: Збірник наукових праць. - X.: ХУПС. - 2011. - Вип. 1 (25). - С. 123-128. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб контролю сонячної орієнтації фотоелектричних перетворювачів космічних апаратів, який полягає в тому, що в процесі орбітального польоту КА бортовий комп'ютер підсистеми орієнтації КА обробляє інформацію з датчиків орієнтації та формує логічні висновки про стан орієнтації фотоелектричних перетворювачів з використанням математичного апарату нечіткої логіки, накопичує досвід про підтримання орієнтації, хід побудови сонячної орієнтації з інших режимів, парирування відмов, адаптується до умов функціонування КА, який відрізняється тим, що 2 UA 72511 U орієнтація фотоелектричних перетворювачів є адаптивною, використанням нечіткого регулювання, а не за жорсткими гнучкою, здійснюється з статичними алгоритмами. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3