Рассматриваются различные варианты постановки задачи оптимального управления переориентацией оси динамической симметрии космического аппарата, являющейся осью закрутки. Предполагается, что решение этой задачи должно отыскиваться в классе движений с одним направленным (плоским) поворотом при условии, что до и после переориентации оси вращения угловая скорость закрутки космического аппарата одинакова. При этом управление угловым движением космического аппарата осуществляется по схеме .поворотного реактивного двигателя., когда вектор управляющего момента ограничивается эллипсоидом вращения. Приведена соответствующая математическая модель движения космического аппарата для рассматриваемой задачи управления. Кроме постановки задачи о наискорейшей переориентации оси вращения космического аппарата также сформулирована взаимная к ней задача оптимального управления, для которой найдено оптимальное управление для полного управляющего момента. С целью проведения дальнейшего анализа рассматриваемой задачи управления приводятся также результаты её сведения к краевой задаче и к изопериметрической вариационной задаче.
Идентификаторы и классификаторы
Рассматривается управляемое движение динамически симметричного космического аппарата (КА) вокруг центра масс. Исследованию оптимальной по быстродействию переориентации КА посвящен ряд работ [1–5]. Например, в [1; 2; 5] рассмотрены задачи оптимального управления переориентацией оси вращения КА, являющейся осью его динамической симметрии, в классе движений с одним направленным плоским поворотом. Соответственно, в [1; 3] были поставлены и решены задачи оптимального управления в предположении, что угловая скорость закрутки КА в течение маневра остается постоянной, а в [2] — в предположении, что она может регулироваться с помощью автономной системы реактивных двигателей, когда допустимые управляющие моменты ограничены поверхностью круглого прямого цилиндра. В настоящей статье рассматривается также постановка взаимной задачи к задаче наискорейшей переориентации оси вращения КА. Эти задачи аналогичны задаче оптимального управления, рассмотренной в [2], но отличающиеся тем, что множество допустимых управляющих моментов КА здесь ограничивается эллипсоидом вращения. Такую схему управления обычно называют схемой «поворотного реактивного двигателя» [4].
Список литературы
1. Григорьев Н.Г., Иослович И.В. О некоторых задачах наискорейшей переориентации космического аппарата // Космические исследования. 1978. Т. 16, № 6. С. 822-826.
2. Горелов Ю.Н. О наискорейшей переориентации оси вращения динамически симметричного космического аппарата // Космические исследования. 1983. Т. 21, № 1. С. 27-33.
3. Горелов Ю.Н., Титов Б.А. Об оптимальной переориентации вращающегося космического аппарата // Космические исследования. 1980. Т. 18, № 2. С. 157-162.
4. Рощин Ю.Р. К задаче оптимальной переориентации твердого тела // Космические исследования. 1977. Т. 15, № 6. С. 846-852.
5. Акуленко Л.Д. Асимптотические методы оптимального управления. Москва: Наука, 1987. 368 с. URL: https://libcats.org/book/577488?ysclid=m1uei3rp8k286832965. EDN: TTDUET
6. Маркеев А.П. Теоретическая механика. Москва: Наука, 1990. 416 с. EDN: TTDTZT
7. Кротов В.Ф., Гурман В.И. Методы и задачи оптимального управления. Москва: Наука, 1973. 448 с.
8. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. Москва: Наука, 1976. 392 с. URL: https://djvu.online/file/NN6TYTWzZN0kJ?ysclid=m1uewjz6ev494212948.
9. Петров Ю.П. Вариационные методы теории оптимального управления. Москва; Ленинград: Энергия, 1965. 220 с.
10. Кротов В.Ф. Разрывные решения вариационных задач // Известия вузов. Сер.: Математика. 1960. № 5. С. 86-98. URL: https://www.mathnet.ru/rus/ivm2307; 1961. № 2. C. 75-89. URL: https://www.mathnet.ru/rus/ivm1863.
11. Левский М.В. Оптимальное управление ориентацией космического аппарата с ограничениями на управляющие и фазовые переменные // Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. 2021. № 6. С. 158-176. DOI: 10.31857/S0002338821030100 EDN: LYPCYE
12. Левский М.В. Кватернионное решение задачи оптимального управления ориентацией твердого тела (космического аппарата) с комбинированным критерием качества // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2024. № 1. С. 197-222. DOI: 10.31857/S1026351924010115 EDN: VZSRQQ
Выпуск
Другие статьи выпуска
В статье изучена динамика попарного перепутывания трех кубитов, два из которых захвачены в резонаторе и взаимодействуют с одномодовым идеальным резонатором посредством однофотонных переходов, а третий кубит находится вне резонатора. При этом учитывается диполь-дипольная связь между изолированным кубитом и кубитом в резонаторе. Нами найдено решение квантового нестационарного уравнения Шредингера для полной волновой функции системы для начальных сепарабельных и бисепарабельных состояний кубитов и теплового начального состояния поля резонатора. С помощью указанных решений вычисляется критерий перепутанности пар кубитов - отрицательность. Результаты численного моделирования критерия отрицательности показали, что включение небольшой диполь-дипольной связи между изолированным и одним из захваченных кубитов может привести к существенному перепутыванию пар кубитов для всех начальных состояний. Наблюдается переход перепутанности от одной пары атомов к другим парам атомов в процессе эволюции системы. Показано также, что для некоторых сепарабельных и бисепарабельных состояний диполь-дипольное взаимодействие может подавить эффект мгновенной смерти перепутывания
В статье исследуются вопросы, связанные с управлением и стабилизацией колебаний в иерархической цепочке осцилляторов с гистерезисными связями. Гистерезисные связи формализуются с помощью феноменологической модели Боука - Вена. Масса, жесткость и демпфирующие свойства осцилляторов заданы таким образом, чтобы они соответствовали определенному правилу масштабирования, и уменьшаются вдоль цепи по геометрической прогрессии, формируя таким образом иерархию. Проводится верификация модели с помощью гипотезы Колмогорова, подобно тому как это делается для сформировавшихся турбулентных потоков. Для этого строятся энергетические спектры в условиях гистерезиса в связях и без него при различных амплитудах внешней силы. В результате вычислительных экспериментов показывается, что для цепочки с гистерезисными связями при высокой амплитуде воздействия кривая энергетического спектра в достаточной степени соответствует гипотезе Колмогорова. Далее проводится расчет амплитудно-частотных характеристик системы в условиях гистерезисного воздействия с помощью метода ”сканирования” частотой. В результате численных экспериментов идентифицированы диапазоны частот внешнего воздействия, которым отвечают хаотическое поведение осцилляторов и их синхронизация.
В настоящей статье изучается математическая модель балки с распределенными гистерезисными свойствами. Свойства гистерезиса формализуются в рамках двух подходов: феноменологического (модель Боука - Вена) и конструктивного (модель Прандтля - Ишлинского). Уравнения колебаний балки получены с использованием известного подхода Гамильтона. Рассмотрены динамические характеристики балки с распределенным гистерезисом при различных видах внешней нагрузки: импульсной, периодической и сейсмической. Численное моделирование показывает, что балка гистерезиса более “устойчива” к внешним нагрузкам, чем классическая балка Эйлера - Бернулли. Эти результаты могут найти применение в области проектирования сейсмостойких конструкций и зданий
По результатам тензометрических измерений для описания процесса упруго-пластического деформирования стали 1Х18Н9Т используется модель кинематически упрочняющегося тела. Особое внимание уделено процессам, происходящим в приповерхностных слоях. Модель учитывает рост стесненности сдвиговых деформаций вглубь материала. Увеличение напряжения пластического течения в глубину описывается полиномом второго порядка. Экспериментально и путем расчетов методом редукционных коэффициентов в процессе последовательных приближений определены основные параметры поверхностного эффекта: глубина, коэффициент упрочнения материала, напряжения пластического течения на поверхности и внутри материала. Показано, что для исследования приповерхностного эффекта тензометрическим методом следует отдавать предпочтение испытаниям образцов на изгиб, а не на растяжение. Наличием поверхностного эффекта объясняются следующие факты: разрушение образца при испытании на растяжение начинается не с поверхности, а изнутри, зарождение усталостных трещин происходит под поверхностью, приповерхностный эффект практически не влияет на деформированное состояние упругого тела, но очень сильно влияет на напряженное состояние у поверхности
В статье доказано существование единственного решения начально-краевой задачи с нелокальным условием для одномерного волнового уравнения. Обоснование разрешимости основано на возможности построения биортогонального базиса и представлении решения в виде ряда по собственным и присоединенным функциям
В терминах вариаций доказано достаточное условие равномерной сходимости последовательностей непрерывных функций. С помощью этого результата получено дополнение классической теоремы Хелли о выделении сходящихся последовательностей функций с равномерно ограниченными вариациями в случае, когда предельная функция непрерывна. Кроме того, на примере показано, что условие непрерывной дифференцируемости функции, обеспечивающее дифференцируемость ее вариации с переменным верхним пределом, является в определенном смысле точным.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 год.
Издательство
- Издательство
- Самарский университет
- Регион
- Россия, Самара
- Почтовый адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- Юр. адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- ФИО
- Богатырев Владимир Дмитриевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@ssau.ru
- Контактный телефон
- +7 (846) 3351826
- Сайт
- https://www.ssau.ru/