vault backup: 2026-06-05 13:40:21

2026-06-05 13:40:21 +07:00
parent c0558c9e1f
commit c7dc46f241
160 changed files with 97237 additions and 369 deletions
@@ -0,0 +1,5 @@
+B-dot
+Фильтр Калмана
+Калибровка
+Комплексирование
+Дрейф нуля
@@ -0,0 +1 @@
+![[Pasted image 20260524214657.png]]
@@ -0,0 +1 @@
+![[ADCS_Control_System_diagram.svg]]
@@ -0,0 +1,133 @@
+### Основные функции
+##### Функция определения ориентации
+Вход
+- данные датчиков о внешней среде и об аппарате
+Выход
+- измеренное состояние аппарата
+##### Функция управления ориентацией
+Вход
+- требуемое состояние
+- измеренное состояние
+Выход
+- управляющие сигналы на активные элементы
+
+### Определение ориентации - декомпозиция
+
+#### Основные функции
+###### Измерение вектора магнитного поля Земли
+Вход
+- воздействие магнитного поля на магнитометр
+- шум
+Выход
+- трехмерный вектор магнитного поля Земли (в СК аппарата?)
+###### Измерение угловой скорости вращения аппарата
+Вход
+- воздействие центробежной силы на гироскоп
+- шум
+Выход
+- трехмерный вектор угловой скорости аппарата (в СК аппарата?)
+
+#### Сервисные (внутренние) функции ?
+###### Калибровка магнитометра
+Вход
+- температура магнитометра
+- данные магнитометра, собранные во время вращения аппарата
+Выход
+- калибровочные коэффициенты
+- смещение показателей магнитометра
+###### Закручивание аппарата
+см. Демпфирование угловой скорости вращения аппарата
+
+#### Дополнительные функции
+###### Измерение вектора направления на Солнце
+Вход
+- угол падения светового потока на солнечный датчик Х <кол-во датчиков>
+Выход
+- трехмерный вектор направления на Солнце (в СК аппарата?)
+
+### Управление ориентацией - декомпозиция
+#### Основные функции
+###### Демпфирование угловой скорости вращения аппарата
+Вход
+- измеренная угловая скорость вращения аппарата
+- требуемая угловая скорость вращения аппарата
+- максимальная ошибка
+Выход
+- вращение аппарата с требуемой угловой скоростью в пределах заданной ошибки 
+#### Дополнительные функции
+###### Поворот аппарата в заданное положение
+Вход
+- измеренное положение аппарата в пространстве (кватернион/углы Эйлера)
+- требуемое положение аппарата в пространстве (кватернион/углы Эйлера)
+- максимальная ошибка
+Выход
+- поворот аппарата в требуемое положение в пределах заданной ошибкой 
+
+
+
+```mermaid
+flowchart TB
+    subgraph SENSORS[Датчики]
+        M[Магнитометр]
+        G[Гироскоп]
+        SD[Солнечный датчик]
+    end
+
+    subgraph DET[Определение ориентации]
+        direction TB
+        F1[Измерение вектора МПЗ]
+        F2[Измерение угловой скорости]
+        F3[Измерение направления на Солнце]
+        CAL[Калибровка магнитометра]
+        SPIN[Закручивание аппарата]
+    end
+
+    subgraph STATE[Оценка состояния]
+        EST[Измеренное состояние]
+    end
+
+    subgraph CTRL[Управление ориентацией]
+        direction TB
+        F4[Демпфирование угловой скорости]
+        F5[Поворот в заданное положение]
+    end
+
+    subgraph ACT[Исполнительные элементы]
+        COIL[Магнитные катушки]
+        RW[Двигатели-маховики]
+    end
+
+    M -- "Bсырое" --> F1
+    F1 -- "Bкалибр" --> CAL
+    CAL -- "коэффициенты, смещение" --> F1
+    G -- "ωсырое" --> F2
+    SD -- "освещённость" --> F3
+
+    F1 -- "вектор B" --> EST
+    F2 -- "вектор ω" --> EST
+    F3 -- "вектор S" --> EST
+
+    EST -- "состояние" --> F4
+    EST -- "состояние" --> F5
+
+    REQ[Требуемое состояние] --> F4
+    REQ --> F5
+
+    F4 -- "ШИМ" --> COIL
+    F5 -- "управляющий момент" --> RW
+    SPIN -.-> F4
+```
+
+
+
+```mermaid
+flowchart LR
+    r(["Требуемая угловая скорость<br>ω_req = 0"]) --> SUM((Σ))
+    SUM -->|"e = ω_req - ω_изм"| REG[Регулятор B-dot<br>m = -k * dB/dt]
+    REG -->|m_cmd| COIL[Драйвер катушек + катушки]
+    COIL -->|M_маг| SAT[Динамика спутника<br>J·ω̇ = M_маг + M_внеш]
+    SAT -->|ω_факт| GYRO[Гироскоп]
+    GYRO -->|ω_изм| SUM
+    MAG[Магнитометр] -.->|B_изм для dB/dt| REG
+
+```
@@ -0,0 +1,2 @@
+Команды (от БС)
+Телеметрия (на БС)
@@ -0,0 +1,24 @@
+# Системный дизайн системы ориентации и стабилизации
+
+### Режимы работы
+| Режим         | Выполняемые функции                                                       |
+| ------------- | ------------------------------------------------------------------------- |
+| Выключена     | Нет                                                                       |
+| Ожидание      | Ожидание команд                                                           |
+| Измерение     | Измерение текущего состояния (угловая скорость и др.)                     |
+| Демпфирование | Уменьшение вектора угловой скорости аппарата (преимущественно по 2 осям)  |
+| Удержание     | Удержание произвольной оси аппарата (оси антенны) сонаправленно линии МПЗ |
+### Описание режимов
+##### Выключена
+- Аппарат выключен
+- Аппарат еще не инициализировался после выхода на орбиту
+- Слишком низкий уровень заряда, работают только критические подсистемы
+##### Ожидание
+- Аппарат инициализировался на орбите, подсистема запущена, ждет команду от бортовой системы
+##### Измерение
+- Бортовая система запрашивает текущее состояние для определения, необходима ли стабилизация
+##### Демпфирование
+- Слишком высокая угловая скорость вращения аппарата. Бортовая система отправляет команду для стабилизации.
+##### Удержание
+- Необходимо удерживать антенну в определенном диапазоне для качественной радиосвязи. Бортовая система задает необходимый вектор для удержания относительно линии МПЗ.
+
@@ -0,0 +1,72 @@
+# Система ориентации и стабилизации
+## Назначение
+Исключение перебоев связи из-за высокой скорости вращения и попадания региона в слепую зону штыревых антенн. Обеспечение предсказуемости мощности излучения антенн для абонентов.
+## Функции
+- Определение вектора угловой скорости вращения аппарата
+- Стабилизация аппарата преимущественно по 2 осям
+- Удержание аппарата одной произвольной осью вдоль линии МПЗ 
+## Состав
+- Магнитные катушки по 3 осям
+- Блок магнитометров
+- Блок гироскопов
+- Датчики температуры
+- Реверсивные источники для катушек
+## Сценарий работы
+
+
+
+
+# Уровень 1 (контекст, границы)
+Система имеет 2 основные функции
+### Функция определения ориентации 
+- Принимает данные датчиков о состоянии аппарата во внешней среде
+- Выдает измеренное состояние аппарата
+### Функция управления ориентацией
+- Принимает требуемое состояние
+- Принимает измеренное состояние
+- Выдает управляющие сигналы на активные элементы
+# Уровень 2 (принцип построения)
+### Активные элементы
+Магнитные катушки (по 3 осям)
+- Принимают управляющий сигнал
+- Выдают момент вращения
+### Набор датчиков
+- Магнитометр (3-осный)
+	измеряет вектор магнитного поля Земли
+- Гироскоп (3-осный)
+	измеряет вектор угловой скорости 
+- Акселерометр (3-осный)
+	измеряет вектор углового ускорения
+- Солнечные датчики (фотодиоды, 6 граней)
+	позволяют вычислить вектор направления на Солнце
+- Датчики температуры (сколько?)
+	позволяют компенсировать дрейф других датчиков
+# Уровень 3 (декомпозиция)
+### Определение ориентации
+- (расширенный?) Фильтр Калмана (устранение шума) 
+### Управление ориентацией
+- B-dot (демпфирование)
+### Датчики
+- Калибровка (алгоритм?)
+- Температурная компенсация (модели, алгоритм?)
+- Вычисление вектора на Солнце (алгоритм?)
+
+
+
+# Перечисление функций
+Измерение
+- Калибровка датчика
+- Опросить датчик
+- Отфильтровать шумы
+- Агрегировать разные датчики
+- Получить измеренную ориентацию
+- Компенсировать температурный дрейф
+Управление
+- Вычислить вектор B-dot
+- Сформировать управляющий сигнал
+- Вычислить текущую ошибку
+Взаимодействие с подсистемами
+- Сохранить данные в общую память
+- Сформировать объект телеметрии
+- Регулировать катушки через СЭП?
+- Выполнить команду от БС
@@ -0,0 +1,3 @@
+[[REQ-ADCS-001]]
+[[база/L3_Подсистема/СОС/REQ/ADCS-REQ-004]]
+[[база/L3_Подсистема/СОС/REQ/ADCS-REQ-003]]
@@ -0,0 +1,9 @@
+### Состав датчиков
+- Магнитометр (3-осный): 3 датчика
+	измеряет вектор магнитного поля Земли
+- Гироскоп (3-осный): 3 датчика в ортогональных плоскостях
+	измеряет вектор угловой скорости 
+- Солнечные датчики (фотодиоды, 6 граней): 6 датчиков
+	позволяют вычислить вектор направления на Солнце
+- Датчики температуры: 3 датчика (на каждый гироскоп)
+	позволяют компенсировать температурный дрейф других датчиков
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-001
+## Требование
+СОС должна обеспечивать уменьшение начальной угловой скорости до уровня не более 3°/с по каждой оси через 1 виток после включения.
+## Обоснование
+Требуется для стабильной работы связной полезной нагрузки.
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,13 @@
+# ADCS-REQ-002
+## Требование
+СОС должна обеспечивать удержание заданной оси аппарата сонаправленно с вектором магнитной индукции МПЗ с ошибкой не более 5° над целевым регионом (РФ).
+## Обоснование
+Требуется для удержания предсказуемого положения антенны, подходящего для стабильной радиосвязи над целевым регионом (РФ).
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
+
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-003
+## Требование
+СОС определять вектор угловой скорости вращения аппарата с ошибкой не более 1°/с по модулю.
+## Обоснование
+Необходимо для определения режима работы.
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-004
+## Требование
+СОС должна определять направление вектора магнитной индукции МПЗ с ошибкой не более 1°.
+## Обоснование
+Основа для работы системы управления с магнитными катушками.
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-005
+## Требование
+СОС должна использовать комплексирование для компенсации погрешности измерений датчиков.
+## Обоснование
+Требуется для поддержания ошибок измерений в допустимых пределах.
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-006
+## Требование
+Контур управления ориентацией должен работать с тактовой частотой не менее 10 Гц (время цикла ≤ 100 мс).
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-007
+## Требование
+СОС должна загружать процессор не более чем на 15% при работе самого потребляющего режима.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,20 @@
+# ADCS-REQ-008
+
+## Требование
+СОС должна собирать телеметрию, в которую входят:
+1. Режим работы СОС с его параметрами; 
+2. Последние вычисленные значения в связной системе координат: 
+	1. вектор магнитной индукции МПЗ,
+	2. вектор угловой скорости,
+	3. вектор намагниченности КА;
+3. Калибровочные коэффициенты;
+4. Коды ошибок.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-009
+## Требование
+СОС должна отслеживать работоспособность компонентов, входящих в нее и передавать ошибки бортовой системе.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-010
+## Требование
+СОС должна переходить в безопасный режим при критических неисправностях
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-011
+## Требование
+СОС должна восстанавливать штатный режим работы после временного отключения.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-012
+## Требование
+СОС должна обеспечивать возможность создания произвольного вектора магнитного момента величиной 0.1 А·м² в плоскости, ортогональной линии МПЗ в данной точке.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-013
+## Требование
+СОС должна компенсировать температурный дрейф чувствительных датчиков, таких как гироскопы.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-REQ-014
+## Требование
+СОС должна компенсировать дрейф нуля гироскопов до 30°/с.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,137 @@
+# Тестовый стенд v0
+```d2
+direction: right
+ПК: {  
+  PySimSheduler (Python): {  
+	sat: Модель КА
+	mag: Модель МПЗ
+	adcs: Модель СОС
+	db: БД
+	
+	sat -> adcs
+	mag -> sat
+	adcs -> sat
+	
+    sat <-> db: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+    mag <-> db: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+    adcs <-> db: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+  }
+}
+```
+
+![[Pasted image 20260526083938.png]]
+
+# Тестовый стенд v1
+```d2
+direction: right
+ПК: {
+  sim: PySimSheduler (Python)
+  prot: Prototype (Rust) 
+  
+  sim: {
+	sat: Модель КА
+	mag: Модель МПЗ
+	db: БД
+	
+	mag -> sat
+	
+	db <-> sat: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+    db <-> mag: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+  }
+  
+  prot: {
+	adcs: Модель СОС
+	adpt: UDP Адаптер
+	
+	adpt <-> adcs: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+  }
+  
+  sim.sat -> prot.adcs
+  prot.adcs -> sim.sat
+  
+  sim.db <-> prot.adpt: {
+	style: {  
+	  stroke-dash: 3  
+	}
+  }
+}
+```
+
+# Тестовый стенд v2
+```d2
+direction: right
+
+pc: ПК
+mcu: MCU
+
+mcu: {
+  fw: Firmware (Rust)
+  fw: {
+	adcs: СОС
+	adpt: UART Адаптер
+	
+	adpt <-> adcs: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+  }
+}
+
+pc: {
+  sim: PySimSheduler (Python)
+  
+  sim: {
+	sat: Модель КА
+	mag: Модель МПЗ
+	db: БД
+	
+	mag -> sat
+	
+	db <-> sat: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+    db <-> mag: {
+      style: {  
+        stroke-dash: 3  
+	  }
+    }
+  }
+}
+
+pc.sim.sat <-> mcu.fw.adcs
+mcu.fw.adcs -> pc.sim.sat
+
+pc.sim.db <-> mcu.fw.adpt: {
+  style: {  
+    stroke-dash: 3  
+  }
+}
+```
+
@@ -0,0 +1,8 @@
+# Система ориентации и стабилизации
+[[ADCS_Overview]]
+[[ADCS_REQ]]
+[[ADCS_Tests]]
+[[ADCS_Architecture]]
+[[ADCS_Modes]]
+[[ADCS_Functions]]
+[[ADCS_Software]]
@@ -0,0 +1,4 @@
+### Активные элементы
+Магнитные катушки (по 3 осям)
+- Принимают управляющий сигнал
+- Выдают момент вращения
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-ACT-REQ-001
+## Требование
+Активные элементы СОС должны быть представлены магнитными катушками, расположенными в трех ортогональных плоскостях внутри аппарата.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-ACT-REQ-002
+## Требование
+Магнитные катушки должны обеспечивать управляющий момент не менее ±0.1 А·м² по каждой из трех осей при напряжённости внешнего поля от 20 до 60 мкТл.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-ACT-REQ-003
+## Требование
+Размещение катушек не должно смещать центр масс КА относительно геометрического центра более чем на 3 мм ни в одной из осей.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-ACT-REQ-004
+## Требование
+Сопротивление и индуктивность катушек должны быть такими, чтобы при напряжении шины 3.3 В ток не превышал 100 мА в установившемся режиме.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,3 @@
+Использовать магнитометр MMC5983MA следуя примеру OreSat
+
+[[OreSat]]
@@ -0,0 +1,3 @@
+Использовать гироскоп + акселерометр BMI088 следуя примеру OreSat
+
+[[OreSat]]
@@ -0,0 +1,3 @@
+Использовать в качестве реверсивных источников драйверы моторов STSPIN250 от STMicroelectronics следуя примеру OreSat
+
+[[OreSat]]
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-SENS-REQ-001
+## Требование
+Блок магнитометров должен измерять компоненты вектора магнитного поля в диапазоне ±100 мкТл с погрешностью ≤ 0.5 мкТл (3σ).
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-SENS-REQ-002
+## Требование
+Датчики угловой скорости (гироскопы) должны обеспечивать измерение скорости в диапазоне ±20 °/с с шумом не более 0.05 °/с/√Гц.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-SENS-REQ-003
+## Требование
+Полезный сигнал датчиков должен быть доступен для СОС с частотой обновления не менее 20 Гц.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-SENS-REQ-004
+## Требование
+Датчики температуры должны измерять температуру в диапазоне от -60°C до +100°C с погрешностью не более
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус
@@ -0,0 +1,12 @@
+# ADCS-SENS-REQ-005
+## Требование
+Магнитометры должны быть расположены на максимальном расстоянии от источников электромагнитного шума.
+## Обоснование
+
+## Метод верификации
+
+## Родитель
+
+## Связанные документы
+
+## Статус