Angular Motion Control of a Large Space Structure with Elastic Elements

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The task of angular orientation and stabilization of a space structure during its assembly in orbit is solved. The structure includes elastic elements that are installed during the assembly process. The elastic elements of the structure have no sensors to obtain information about their deformation parameters. Control algorithms are proposed to ensure the stability of the angular motion of the structure. A nonlinear extended Kalman filter is used to obtain the necessary information. A joint estimation algorithm for the coordinates of the angular motion of the considered mechanical system and the coordinates of the elastic vibration tones, as well as an algorithm for the identification of their unobservable parameters are developed. The results of mathematical modeling of a variant of the mechanical system of a space structure are presented, which confirm the operability and efficiency of the developed algorithms for estimating coordinates and parameters.

About the authors

V. Yu. Rutkovskiy

Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences

Email: rutkov@ipu.ru
Moscow, Russia

V. M. Glumov

Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences

Email: vglum@ipu.ru
Moscow, Russia

A. S. Ermilov

Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: 44eas@mail.ru
Moscow, Russia

References

  1. Акуленко Л.Д., Крылов С.С., Марков Ю.Г., Тун Тун Вин, Филиппова А.С. Динамика космического аппарата с упругими и диссипативными элементами в режиме ориентации // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2014. № 5. C. 106-115.
  2. Геча В.Я., Гриневич Д.В., Чирков В.П., Канунникова Е.А. Влияние упругих трансформируемых элементов конструкции на точность стабилизации космического аппарата // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 5. С. 3-6.
  3. Nurre G.S., Ryan R.S., Sco eld H.N., Sims J.L. Dynamics and control of large space structures // J. of Guidance, Control, Dynam. 1984. V. 7. No. 5. P. 514-526.
  4. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Большие космические конструкции: модели, методы исследования и принципы управления. Ч. 1 // АиТ. 1996. № 7. С. 52-65.
  5. Mikulas M.M., Collins T.J., Hedgepeth J.M. Preliminary design considerations for 10-40 meter-diameter precision truss re ectors // J. Spacecraft Rockets. 1991. V. 28. No. 4. P. 439-447.
  6. Boning P., Dubowsky S. Coordinated control of space robot teams for the on-orbit construction of large exible space structures // Advanced Robotics. 2010. V. 24. No. 3. P. 303-323.
  7. Белоножко П.П. Космическая робототехника для монтажа и сервиса. Потенциальные задачи, концепции перспективных систем // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 4. С. 84-97.
  8. Flores-Abad A., Ma O., Pham K., Ulrich S. A review of space robotics technologies for on-orbit serving // Progr. Aerospace Scie. 2014. No. 68. P. 1-26.
  9. Papadopoulos E., Aghili F., Ma O., Lampariello R. Manipulation and capture in space: A survey // Front. Robot. AI. 2021. No. 8. P. 1-36.
  10. Ishijima Yo., Tzeranis D., Dubowsky S. The on-orbit maneuvering of large space exible structures by free-flying robots // Pros. of the 8 Int. Symp. on Arti cial Intelligence, Robotics and Automation in Space (SAIRAS-2005), Munich, 5-8 Sept., 2005, Noordwijk: ESTEC. 2005. P. 419-426. (ESA SP ISSN 1609-042X. No. 603).
  11. Тимаков С.Н., Жирнов А.В. Алгоритм активного демпфирования упругих колебаний конструкции Международной космической станции // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение". 2014. № 3. С. 37-53.
  12. Крутова И.Н., Суханов В.М. Особенности динамики управления деформируемым космическим аппаратом в процессе его преобразования в большую космическую конструкцию // АиТ. 2008. № 5. С. 41-56.
  13. Теория управления (дополнительные главы): Учебное пособие / под ред. Д.А. Новикова. М.: ЛЕНАНД, 2019.
  14. Крутова И.Н., Суханов В.М. Синтез модифицированного PD-алгоритма управления угловым движением большой космической конструкции // АиТ. 2009. № 1. С. 39-50.
  15. Крутова И.Н., Суханов В.М. Синтез дискретной системы управления деформируемым космическим аппаратом, обеспечивающей робастную устойчивость упругих колебаний // АиТ. 2009. № 7. С. 25-36.
  16. Rutkovsky V.Yu., Sukhanov V.M., Zemlyakov S.D., Glumov V.M. Models and methods of control of large space structures with discretely changing construction // Proceedings of International Conference on Nonlinear Problems in Aviation and Aerospace (ICNPAA-2008). Cambridge Scienti c publishers. Ed. by S. Sivasundaram. 2009. Plenary paper, chapter 12. P. 115-142.
  17. Глумов В.М., Крутова И.Н., Суханов В.М. Адаптивная система управления на основе нечеткой логики для большой космической конструкции в процессе ее сборки на орбите // АиТ. 2004. № 10. С. 109-127.
  18. Rutkovsky V.Yu., Glumov V.M., Sukhanov V.M. New Adaptive Algorithm of Flexible Spacecraft Control // Complex Systems. Relationships between Control, Communications and Computing. Dordrecht, The Netherlands: Springer International Publishing. 2016. P. 313-326.
  19. Kalman R.E., Bucy R. New Results in Linear Filtering and Prediction Theory // Trans. ASME. J. Basic Eng. 1961. V. 83D. P. 95-108.
  20. Ермилов А.С., Ермилова Т.В. Оценивание ненаблюдаемых координат упругих колебаний больших космических конструкций с гиросиловым приводом // АиТ. 2013. № 9. С. 143-156.
  21. Глумов В.М., Крутова И.Н., Суханов В.М. Метод построения математической модели дискретно развивающейся большой космической конструкции // АиТ. 2003. № 10. С. 15-33.
  22. Глумов В.М., Крутова И.Н., Суханов В.М. Особенности гиросиловой стабилизации собираемой на орбите большой космической конструкции // Проблемы управления. 2016. № 1. С. 82-89.
  23. Динамика и управление космическими объектами / под ред. В.М. Матросова, М.Ф. Решетнева, Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние РАН, 1992.
  24. Glumov V.M. Adaptive Control of Free-Flying Space Manipulation Robot in the Working Area when Assembling a Large Space Structure in Orbit // Proceedings of the 12th International Conference "Management of Large Space System Develop ment" (MLSD) M: IEEE. 2019. P. 1-4. https//ieeeexplore.ieee.org/document/8911089

Copyright (c) 2023 The Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies