Разработка алгоритмов контроля и диагностики системы управления ориентацией космического аппаратаСтраница 17
Для математического моделирования, будем рассматривать модель реального космического аппарата [10], с заданными линейными размерами.
Солнечные батареи Корпус КА
Рис. 3.1.
Рис. 3.2.
Исходя из выше представленной модели космического аппарата, аэродинамические моменты в каждом из каналов, можно представить в виде:
(3.13).
3.2.1.1 Аппроксимация плотности земной атмосферы аналитическими зависимостями
Предполагается, что рассматриваемая модель упругого космического аппарата [1, 3, 10, 11] движется в атмосфере земли. Тогда на КА действуют моменты внешних сил, такие как гравитационный и аэродинамический моменты. Для нахождения аэродинамического момента, необходимо знать плотность атмосферы, которая зависит от высоты полета.
В данной задаче требуется [11, 24] аппроксимировать функцию полиномом 3-его порядка вида:
; (3.14)
Полином (3.14) в каждом из узлов аппроксимации должен удовлетворять условию:
; (3.15)
Таким образом, задача аппроксимации функции сводится к решению системы с N+1 уравнений с тремя неизвестными:
; (3.16)
Это объясняется тем, что полином должен пройти через все N+1 точек (в данном случае это 25 точек) в которых задана функция x = x(t).
Метод наименьших квадратов позволяет такую систему привести к решаемой системе. Запишем функционал:
.
Это достигается тогда, когда выполняется:
;
Взяв соответствующие производные, получим систему:
;
(3.17)
В отличии от системы (3.16) полученная система определена и имеет единственное решение [24].
В результате проведенных расчетов, для составления системы, были произведены расчеты, приводить которые нецелесообразно ввиду их громоздкости.
Подставив в систему (3.17) соответствующие значения, в результате мы получим систему. Эту систему будем решать методом Гаусса.
3.2.1.2 Построение аппроксимирующего полинома для плотности земной атмосферы
Воспользовавшись таблицей стандартной атмосферы [10,11], построим графики зависимостей от высоты функции Po(H):
Плотность:
Рис. 3.3 - Зависимость плотности воздуха от высоты
Аппроксимирующий полином:
3.2.2 Гравитационный момент
В обычных задачах механики [1, 3, 6, 10, 11, 12], связанных с ее техническими приложениями, ускорения силы тяжести в различных точках материального тела считаются равными как по величине, так и по направлению. Это сразу приводит к известному положению о совпадении центра масс и центра тяжести материального тела и, как следствие, к равенству нулю момента гравитационных сил относительно центра масс. На самом деле векторы ускорения силы тяжести различных точках тела всегда различны, вследствие того, что все они направлены к центру Земли, а, следовательно, если рассматриваемые точки не лежат на одной прямой, проходящей через центр притяжения, то векторы параллельны, а если точки лежат на одной такой прямой, то – имеют различное удаление от центра притяжения и, значит, соответствующие ускорения отличаются по величине. Однако это уточнение в обычных задачах механики несущественно, поскольку размеры технических сооружений малы по сравнению с радиусом Земли, и поэтому вызванные сформулированным здесь уточненные моменты столь малы по сравнению с другими, что учет их не смысла.