一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统的制作方法

1.本发明属于空间技术领域，尤其涉及一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统。

背景技术：

2.空间飞行器的能源供给的稳定性和可靠性至关重要，空间飞行器上的太阳电池翼在轨运行期间需长时间跟踪、捕获太阳，一旦出现紧急情况，目前广泛采取在轨故障地面干预的控制模式，该故障预案具有一定的滞后性，故障时间段会降低飞行器太阳电池翼能源转换效率，甚至威胁整个空间飞行器的安全。

技术实现要素：

3.本发明的技术目的是提供一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，以解决目前控制模式无法及时干预空间飞行器问题。
4.为解决上述问题，本发明的技术方案为：
5.一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，包括：切换遥测模块、主控制模块、备控制模块、主驱动模块和备驱动模块；
6.切换遥测模块分别与主控制模块、备控制模块、主驱动模块和备驱动模块信号连接，用于对遥测参数进行采集并输出至外部上位机，以及提供一次电源和二次电源；
7.主控制模块用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号发送至主驱动模块，主驱动模块用于驱动相对应的驱动机构以实现左右太阳电池翼的对日定向控制；
8.备控制模块用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号发送至备驱动模块，备驱动模块用于驱动相对应的驱动机构以实现左右太阳电池翼的对日定向控制。
9.其中，主控制模块与备控制模块互为冷备份双冗余设计，主控制模块与备控制模块均设有上电自检模块，若自检不通过则主控制模块与备控制模块进行自主切换；
10.主驱动模块与备驱动模块互为冷备份双冗余设计。
11.具体地，主控制模块与备控制模块中均设有指令译码模块，用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号。
12.进一步优选地，主控制模块与备控制模块中还均设有看门狗电路和计数电路；
13.看门狗电路用于监控指令译码模块中的微处理器的掉电情况，若产生掉电则输出一次复位信号；
14.计数电路用于统计复位信号，累计达到8次后切换驱动线路。
15.具体地，看门狗电路中采用看门狗芯片jsr706rd，计数电路中采用计数器芯片jc40193r。
16.其中，切换遥测模块若连续出现5次通讯错误，则自主切换通讯线路和驱动线路。
17.具体地，驱动机构包括左驱动机构和右驱动机构；
18.左驱动机构受控于主驱动模块或备驱动模块用于实现左太阳电池翼的对日定向控制；
19.右驱动机构受控于主驱动模块或备驱动模块用于实现右太阳电池翼的对日定向控制；
20.左驱动机构和右驱动机构内均设有主绕组、备绕组和零位传感器；
21.主绕组受控于主驱动模块实现转动，备绕组受控于备驱动模块实现转动；
22.零位传感器用于采集输出零位信号至主控制模块或备控制模块。
23.其中，若主控制模块或备控制模块在太阳电池翼连续转动一圈后仍未采集到零位信号则对驱动线路进行切换。
24.其中，主驱动模块和备驱动模块内均设有2块驱动集成电路，驱动集成电路中采用hg9210a电机驱动模块，以实现左右太阳电池翼的对日定向控制。
25.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
26.1、本发明设置驱动控制器对左、右驱动机构的驱动控制能力，实现空间飞行器左右太阳电池翼的对日定向控制，具有4种在轨故障可自主切换的特点；
27.2、本发明中的驱动集成电路采用hg9210a电机驱动模块作为步进电机的驱动模块控制左、右驱动机构，电机采用双四拍制工作方式，驱动模块接收驱动控制信号，通过功率器件将其转换为对步进电机具有驱动能力的电源信号，驱动模块具有对驱动电流进行检测的功能，提高了产品的可靠性和安全性；
28.3、本发明采用了冷备份双冗余的设计方案，提高了控制电路和驱动电路的可靠性；切换遥测模块内含两路独立的通讯线路a和通讯线路b，通讯线路a和通讯线路b可同时输出，两路输入单路选通，首选通讯线路a路输入，通讯线路b路作为备份，提高了通讯线路的可靠性；
29.4、本发明的驱动控制器内部使用看门狗芯片jsr706rd具有外部电源掉电警告功能，当电源电压降低至预置电压时，看门狗芯片jsr706rd输出复位信号，预置电压可通过外接调试电阻实现。
附图说明
30.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
31.图1为本发明实施例的一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统的结构图；
32.图2为本发明实施例的电机驱动模块的电路图；
33.图3为本发明实施例的上位机与驱动控制器串行通信接口的电路图；
34.图4为本发明实施例的看门狗电路的电路图。
具体实施方式
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
36.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
37.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
38.实施例
39.参看图1至图4，本实施例提供一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，在轨故障下无需地面干预，具备上电自检，若不通过则自动进行驱动线路切换。包括驱动控制器和左、右驱动机构，驱动控制器又包括切换遥测模块、主控制模块、备控制模块、主驱动模块和备驱动模块。
40.本实施例中主控制模块、备控制模块通过设置看门狗芯片jsr706rd对其内部的微处理器监控是否掉电，以计数器芯片jc40193r为核心构成的计数电路负责统计看门狗芯片jsr706rd输出的复位脉冲次数，累计8次后由计数器芯片jc40193r发出相应信号并切换驱动线路。切换遥测模块若连续5次出现通讯错误，包括校验位、停止位不正确，帧溢出或数据不满一帧等，切换通讯线路和驱动线路。当太阳电池翼连续转动一圈后主控制模块或备控制模块仍未采集到任何零位传感器信号，则对驱动线路进行切换。主驱动模块和备驱动模块驱动相对应的左、右驱动机构，实现左右太阳电池翼的对日定向控制。
41.参看图1，在本实施例中，切换遥测模块分别与主控制模块、备控制模块、主驱动模块和备驱动模块信号连接，用于对遥测参数进行采集并输出至外部上位机，处于热备份工作状态，并提供一次电源和二次电源至各模块。
42.主控制模块与备控制模块互为冷备份双冗余设计，主驱动模块与备驱动模块互为冷备份双冗余设计。主控制模块与主驱动模块电连接，将接收到的上位机的指令经过主控制模块的主cpu组件中的指令译码模块解析后发出驱动控制信号至主驱动模块。备控制模块与备驱动模块电连接，将接收到的上位机的指令经过备控制模块的备cpu组件中的指令译码模块解析后发出驱动控制信号至备驱动模块。主驱动模块可用于驱动左驱动机构内的电机主绕组和右驱动机构内的电机主绕组，实现左太阳电池翼和右太阳电池翼的对日定向控制。备驱动模块，用于驱动左驱动机构内的电机备绕组和右驱动机构内的电机备绕组，从而实现左太阳电池翼和右太阳电池翼的对日定向控制。主、备驱动模块与相对应的左、右驱动机构之间的连接线路为驱动线路。
43.参看图2，在本实施例中，主驱动模块和备驱动模块内均设有2块驱动集成电路，驱动集成电路中采用hg9210a电机驱动模块，以实现左右太阳电池翼的对日定向控制。电机驱动模块采用可变细分h桥式功率放大电路。usr1、usr2为电机绕组极性(方向)控制信号，由
控制模块中cpu组件内扩展的82c55芯片给出。usr3为细分控制信号，电流细分控制信号由控制模块中cpu组件内d/a转换器ad558产生。usc1、usc2为主、备绕组提供驱动信号，usc3为电机绕组电流的遥测信号。
44.参照图3，上位机与切换遥测模块的通讯线路接口为平衡式异步串行口，标准rs-422接口，半双工i/o，传输用介质为双绞线。切换遥测模块有两路独立的通讯线路a和通讯线路b，通讯线路a和通讯线路b可同时输出，两路输入单路选通，首选通讯线路a路输入，通讯线路b路作为备份，波特率为19.2khz。切换遥测模块若连续出现5次通讯错误，则自主切换通讯线路和驱动线路。
45.参看图1，主控制模块与备控制模块均设有上电自检模块，若自检不通过则主控制模块与备控制模块进行自主切换，即切换驱动线路。较优地，结合图4，主控制模块与备控制模块中还均设有看门狗电路和计数电路。看门狗芯片采用jsr706rd能对外部电源掉电进行警告，当电源电压降低至预置电压时，看门狗芯片jsr706rd输出复位信号，其中预置电压可通过外接调试电阻*r1和调试电阻*r2实现，当*r1和*r2阻抗分别为2.49k和1k,+5v电源电压掉至+4.4v时，看门狗芯片jsr706rd的pfo引脚输出复位信号，jsr706rd的pfo引脚和reset引脚经过与门芯片54ac08rhd输出至控制模块的微处理器。计数电路能统计看门狗芯片的复位信号，当累计达到8次后切换驱动线路。
46.本实施例的工作步骤如下：太阳电池翼的驱动控制器上电后自检，上电后默认主控制模块和主驱动模块加电，主控制模块自检不通过后，太阳电池翼驱动控制器在轨自主切换至备控制模块和备驱动模块。自检通过后,驱动控制器接收上位机发出的指令(包括rs422串口指令、太阳翼帆板归零指令、遥控指令)，驱动控制器将遥测参数和归零反馈信号及时反馈给上位机。驱动控制器内的切换遥测模块根据上位机发出的遥控指令对切换遥测模块的继电器进行操作，主控制模块中的指令译码模块解析上位机发出的rs422指令后输出驱动脉冲至主驱动模块，进而对左驱动机构中主绕组和右驱动机构中主绕组进行控制，最终实现左太阳电池翼和右太阳电池翼的对日定向控制。主控制模块和主驱动模块工作时，驱动控制器在轨运行期间实时监测看门狗芯片jsr706rd的复位次数、通讯错误次数以及零位传感器信号，当触发自主切换机制时，会由太阳电池翼驱动控制器自主切换到备控制模块和备驱动模块。其中，零位传感器信号判断依据为，若主控制模块在太阳电池翼连续转动一圈后仍未采集到零位信号则对驱动线路进行切换。备控制模块和备驱动模块工作原理与主控制模块和主驱动模块工作原理相似。
47.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

技术特征：

1.一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，包括：切换遥测模块、主控制模块、备控制模块、主驱动模块和备驱动模块；所述切换遥测模块分别与所述主控制模块、所述备控制模块、所述主驱动模块和所述备驱动模块信号连接，用于对遥测参数进行采集并输出至外部上位机，以及提供一次电源和二次电源；所述主控制模块用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号发送至所述主驱动模块，所述主驱动模块用于驱动相对应的驱动机构以实现左右太阳电池翼的对日定向控制；所述备控制模块用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号发送至所述备驱动模块，所述备驱动模块用于驱动相对应的驱动机构以实现左右太阳电池翼的对日定向控制。2.根据权利要求1所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述主控制模块与所述备控制模块互为冷备份双冗余设计，所述主控制模块与所述备控制模块均设有上电自检模块，若自检不通过则所述主控制模块与所述备控制模块进行自主切换；所述主驱动模块与所述备驱动模块互为冷备份双冗余设计。3.根据权利要求2所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述主控制模块与所述备控制模块中均设有指令译码模块，用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号。4.根据权利要求3所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述主控制模块与所述备控制模块中还均设有看门狗电路和计数电路；所述看门狗电路用于监控所述指令译码模块中的微处理器的掉电情况，若产生掉电则输出一次复位信号；所述计数电路用于统计所述复位信号，累计达到8次后切换驱动线路。5.根据权利要求4所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述看门狗电路中采用看门狗芯片jsr706rd，所述计数电路中采用计数器芯片jc40193r。6.根据权利要求1所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述切换遥测模块若连续出现5次通讯错误，则自主切换通讯线路和驱动线路。7.根据权利要求1所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述驱动机构包括左驱动机构和右驱动机构；所述左驱动机构受控于所述主驱动模块或所述备驱动模块用于实现左太阳电池翼的对日定向控制；所述右驱动机构受控于所述主驱动模块或所述备驱动模块用于实现右太阳电池翼的对日定向控制；所述左驱动机构和所述右驱动机构内均设有主绕组、备绕组和零位传感器；所述主绕组受控于所述主驱动模块实现转动，所述备绕组受控于所述备驱动模块实现转动；所述零位传感器用于采集输出零位信号至所述主控制模块或备控制模块。
8.根据权利要求7所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，若所述主控制模块或所述备控制模块在太阳电池翼连续转动一圈后仍未采集到零位信号则对驱动线路进行切换。9.根据权利要求2所述的在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，其特征在于，所述主驱动模块和所述备驱动模块内均设有2块驱动集成电路，所述驱动集成电路中采用hg9210a电机驱动模块，以实现左右太阳电池翼的对日定向控制。

技术总结

本发明公开了一种在轨故障可自主切换的太阳电池翼驱动控制系统，包括：用于对遥测参数进行采集并输出至外部上位机，以及提供一次电源和二次电源的切换遥测模块；用于接收外部上位机的指令并进行解析生成驱动控制信号发送至驱动模块的控制模块；用于驱动相对应的驱动机构以实现左右太阳电池翼的对日定向控制的驱动模块。本发明设置的驱动控制器可实现对左、右驱动机构的驱动控制，具有4种在轨故障可自主切换的特点。驱动模块具有对驱动电流进行检测的功能，提高了产品的可靠性和安全性。采用了冷备份双冗余的设计方案，进一步提高可靠性。内部使用看门狗芯片JSR706RD，具有外部电源掉电警告功能。源掉电警告功能。源掉电警告功能。