gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.0004gyroscopy-258Research ArticleСтатьиНечеткое управление двигателем-маховиком космического аппаратаFuzzy Control of Spacecraft Reaction WheelБураковМ. В.BurakovM. V.,

Бураков Михаил Владимирович. Кандидат технических наук, доцент кафедры управления в технических системах

КриволапчукИ. Г.KrivolapchukI. G.

Криволапчук Игорь Григорьевич. Старший преподаватель кафедры управления в технических системах

ШишлаковВ. Ф.ShishlakovV. F.

Шишлаков Владислав Федорович. Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, проректор

ЯкимовскийД. О.YakimovskiiD. O.

Якимовский Дмитрий Олегович. Доцент кафедры управления в технических системах. Начальник отдела

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссияSaint Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения.РоссияSaint Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, АО «НИИ командных приборов» (С.-Петербург).РоссияSaint Petersburg State University of Aerospace Instrumentation; Research Institute of Control Devices, JSC, St. PetersburgRussian Federation201917112025273119131Copyright © Бураков М.В., Криволапчук И.Г., Шишлаков В.Ф., Якимовский Д.О., 20252025Бураков М.В., Криволапчук И.Г., Шишлаков В.Ф., Якимовский Д.О.Burakov M.V., Krivolapchuk I.G., Shishlakov V.F., Yakimovskii D.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/258

Рассматривается модификация схемы управления током двигателя-маховика на базе нечеткого регулятора, обучаемого с помощью генетического алгоритма. Схема управления поддерживает ток двигателя, который можно представить суммой двух составляющих, одна из которых пропорциональна величине входного сигнала, а вторая соответствует погрешности реализации управляющего момента. Показано, что система с нечетким регулятором, реализующая переменный коэффициент усиления по каналу ошибки, позволяет устранить пульсации момента и сократить время переходных процессов при отработке управляющих воздействий. Выполнено моделирование работы системы средствами MatLab Simulink, которое подтверждает работоспособность предложенной схемы управления. Результаты работы могут быть использованы при создании перспективных систем управления ориентацией космических аппаратов.

The paper considers modification of a reaction wheel current control loop based on a fuzzy controller trained by a genetic algorithm. The control logic maintains the motor current which can be represented as a sum of two components, one of which is proportional to the input signal, and the other one corresponds to the error of control moment implementation. It is shown that the system with a fuzzy controller, which implements the variable gain on the error channel, eliminates the torque pulsation and reduces the time of transient processes while adjusting the control actions. The system operation has been simulated by means of MatLab Simulink software to confirm viability of the proposed control loop. The results of the work can be used in developing the advanced systems of spacecraft attitude control.

Космический аппаратдвигатель-маховикнечеткая логикамоделированиегенетический алгоритм.Spacecraftreaction wheelfuzzy logicsimulationgenetic algorithm.ReferencesАншаков Г.П., Мантуров А.И., Усталов Ю.М., Горелов Ю.Н. Управление угловым движением КА ДЗЗ // Полёт. Общероссийский научно-технический журнал. 2006. № 6. С. 12–18.Anshakov, G.P., Manturov, A.I., Ustalov, Yu.M. and Gorelov, Yu.N., ERS spacecraft angular motion control, Polyot, 2006, no. 6, pp. 12–18.Сорокин А. В., Башкеев Н. И., Кондратьев О. А. Электромеханические исполнительные органы для систем ориентации малых космических аппаратов // Гироскопия и навигация. 1998. №4 (23). С.81–88.Sorokin, A.V., Bashkeev, N.I. and Kondrat’ev, O.A., Electromechanical actuators of minor spacecraft attitude control systems, Giroskopiya i navigatsiya, 1998, vol. 23, no. 4, pp. 81–88.Васильев В.Н. Системы ориентации космических аппаратов. М: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2009. 309 с.Vasil’ev, V.N., Sistemy orientatsii kosmicheskikh apparatov (Spacecraft Attitude Systems), Moscow: FGUP NPP VNIIEM, 2009Лобанов В.С., Тарасенко Н.В., Зборошенко В.Н. Направления развития систем ориентации и стабилизации космических аппаратов различного назначения // Гироскопия и навигация. 2015. №2 (89). С. 18–29.Lobanov, V.S., Tarasenko, N.V. and Zboroshenko, V.N., Orientation and stabilization systems of space vehicles for different purposes: Lines of development, Gyroscopy and Navigation, 2016, vol. 7, no. 1, pp. 50–57.Якимовский Д.О., Бураков М.В., Коновалов А.С. Управление ускорением двигателя-маховика космического аппарата. СПб: ГУАП, 2018. 152 с.Yakimovskii, D.O., Burakov, M.V. and Konovalov, A.S., Upravlenie uskoreniem dvigatelyamakhovika kosmicheskogo apparata (Control of Spacecraft Reaction Wheel Acceleration), St. Petersburg: GUAP, 2018.Суббота А.М., Резникова О.В., Андрущенко Т.Н. Особенности применения двигателей-маховиков на малых космических аппаратах // Авиационно-космическая техника и технология. 2012. № 4 (91). С. 88–92.Subbota, A.M., Reznikova, O.V. and Andrushchenko, T.N., Specific features of reaction wheels application on minor space vehicles, Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 2012, vol. 91, no. 4, pp. 88–92.Moradi, M., Self-tuning PID controller to three-axis stabilization of a satellite with unknown parameters, International Journal of Non-Linear Mechanics, 2013, vol. 49, pp. 50–56.Moradi, M., Self-tuning PID controller to three-axis stabilization of a satellite with unknown parameters, International Journal of Non-Linear Mechanics, 2013, vol. 49, pp. 50–56.Суббота А.М., Джулгаков В.Г., Басова А.Е. Применение нечеткого регулятора для повышения качества системы управления КЛА на базе двигателей-маховиков, включенных по дифференциальной схеме // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. 2017. №75. С. 149–157.Subbota, A.M., Dzhulgakov, V.G. and Basova, A.E., Fuzzy controller application for spacecraft control system enhancement, based on reaction wheels integrated by differential scheme, Otkrytye informatsionnye i komp'yuternye integrirovannye tekhnologii, 2017, no. 75, pp. 149–157.Балковой Н. Н., Михальченко Г.Я. Эталонная цифровая модель управляющего двигателя-маховика // Доклады ТУСУРа. 2014. № 3 (33). С. 161–167.Balkovoi, N.N. and Mikhal’chenko, G.Ya., Digital reference model of the reaction wheel used in a spacecraft orientation and stabilization system, Proceedings of TUSUR, 2014, vol. 33, no. 3, pp. 161–167.Meped, D.J., Muthuvinayagam, M., Brushless DC motor with dynamic friction compensation for Reaction wheel, International Journal of Advanced Information Science and Technology (IJAIST), 2014, vol. 23, pp. 178–185.Meped, D.J. and Muthuvinayagam, M., Brushless DC motor with dynamic friction compensation for reaction wheel, International Journal of Advanced Information Science and Technology (IJAIST), 2014, vol. 23, pp. 178–185.Sumaya, N., Laila, B.M., Johnson, Y., Robust Reaction Wheel Attitude Control of Satellites, International Journal of Scientific & Engineering Research, 2016, vol. 7 (4), pp. 599–608.Sumaya, N., Laila, B.M. and Johnson, Y., Robust reaction wheel attitude control of satellites, International Journal of Scientific & Engineering Research, 2016, vol. 7, no. 4, pp. 599–608.Guan, P., Liu, X.J., Liu, J.Z., Adaptive fuzzy sliding mode control for flexible satellite, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2005, vol. 18 (4), pp. 451–459.Guan, P., Liu, X.J. and Liu, J.Z., Adaptive fuzzy sliding mode control for flexible satellite, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2005, vol. 18, no. 4, pp. 451–459.Ajorkar, A., Fazlyab, A., Saberi, F., Kabganian, M., Design of an Adaptive-Neural Network Attitude Controller of a Satellite using Reaction Wheels, Journal of Applied and Computational Mechanics, 2015, vol. 1 (2), pp. 67–73.Ajorkar, A., Fazlyab, A., Saberi, F. and Kabganian, M., Design of an adaptive-neural network attitude controller of a satellite using reaction wheels, Journal of Applied and Computational Mechanics, 2015, vol. 1, no. 2, pp. 67–73.Farrukh, N., Zulkarnain, A.T., Nagi, J., Fuzzy bang–bang relay controller for satellite attitude control system, Aerospace Science and Technology, 2013, vol. 26 (1), pp. 76–86.Farrukh, N., Zulkarnain, A.T. and Nagi, J., Fuzzy bang–bang relay controller for satellite attitude control system, Aerospace Science and Technology, 2013, vol. 26, no. 1, pp. 76–86.Gomes, W., Rocco, E.M., Design of a Fuzzy PID Controller for Application in Satellite Attitude Control System, Workshop on Space Engineering and Technology, 2012, pp. 1–8.Gomes, W. and Rocco, E.M., Design of a fuzzy PID controller for application in satellite attitude control system, Proc. Workshop on Space Engineering and Technology, 2012, pp. 1–8.Benzeniar, H., Fellah, M.K., A Microsatellite Reaction Wheel Based of a Fuzzy Logic Controller for the Attitude Control System, International Review of Automatic Control, 2009, vol. 2 (1), pp. 102–107.Benzeniar, H. and Fellah, M.K., A microsatellite reaction wheel based on a fuzzy logic controller for the attitude control system, International Review of Automatic Control, 2009, vol. 2, no. 1, pp. 102–107.Толпегин О.А., Литвинова П.Ю. Управление малым космическим аппаратом с использованием двигателя-маховика на основе метода управления с поводырем // Вестник Череповецкого государственного университета. 2017. №6 (81). С. 44–52.Tolpegin, O.A. and Litvinova, P.Yu., A small spacecraft control with the use of flywheel on the basis of the control method with a guide, Vestnik Cherepovetskogo Gosudarstvennogo Universiteta, 2017, vol. 81, no. 6, pp. 44–52.Якимовский Д.О., Положенцев Д.С. Джукич Д.Й. Исполнительный электропривод перспективного силового гироскопического комплекса // Доклады ТУСУРа. 2018. № 21 (3). С. 103–109.Yakimovskii, D.O., Polozhentsev, D.S. and Dzhukich, D.I., Actuating electric drive of advanced powered gyroscopic system, Proc. of TUSUR, 2018. vol. 21, no. 3, pp. 103–109.Кондратьев А.Б., Ситникова А.В. Вопросы управления электроприводом системы ориентации с управляющими двигателями-маховиками // Проблемы совершенствования робототехнических систем летательных аппаратов: Сб. докладов 6 Всероссийской НТК. М.: Изд-во МАИ, 2002. С. 296–299.Kondrat’ev, A.B. and Sitnikova, A.V., Issues on electric drive control in an attitude system with control reaction wheels. Proc. 6th All-Russian Research and Engineering Conference on the Problems of Aircraft Robotic Systems Improvement, Moscow, MAI Publisher, 2002, pp. 296–299.Бураков М.В., Яковец О.Б. Нечеткое управление силовым гироскопическим прибором // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 10. С. 157–166.Burakov, M.V. and Yakovets, O.B., Fuzzy logic control over a power gyroscopic system, Izvestiya vuzov. Priborostroenie, 2015, vol. 58, no. 10, pp. 157–166.Passino, K.M., Yurkovich, S., Fuzzy control. Addison Wesley Longman, Inc. 1998. 522 p.Passino, K.M. and Yurkovich, S., Fuzzy Control, Menlo Park, CA: Addison-Wesley Longman, Inc., 1998.Бураков М.В., Коновалов А.С., Яковец О.Б. Эволюционный синтез нечетких регуляторов // Информационно-управляющие системы. 2015. №6. С. 28–33. doi:10.15217/issn16848853.2015.6.28Burakov, M.V., Konovalov, A.S. and Yakovets, O.B., Evolutionary design of fuzzy logic controllers, Informatsionno-upravlyayushchie sistemy, 2015, no. 6, pp. 28–33.Yang, X.S., Nature-Inspired Optimization Algorithms. Elsevier Inc. 2014. 263 p.Yang, X.S., Nature-Inspired Optimization Algorithms, London: Elsevier Inc., 2014.Бураков М.В. Генетический алгоритм: теория и практика. СПб.: ГУАП, 2008. 164 с.Burakov, M.V., Geneticheskii algoritm: teoriya i praktika (Genetic Algorithm: Theory and Practice), St. Petersburg: GUAP, 2008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.