專利名稱：一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)和控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及深空探測領域中的航天電源控制技術，具體涉及一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)和控制方法。
背景技術：
深空探測是當今世界科技發(fā)展的前沿領域，具有很強的基礎性、前瞻性、創(chuàng)新性和帶動性。人類的航天活動一般可分為地球應用衛(wèi)星、載人航天和深空探測三大領域，開展深空探測活動，是航天技術發(fā)展的必然選擇，也是人類進一步了解宇宙、認識太陽系、探索地球與生命的起源和演化、獲取更多科學認識的必須手段。深空探測主要有兩方面內容，一是太陽系行星探測(近太陽以及遠離太陽)，二是天文觀察。探測器電源系統(tǒng)絕大部分采用太陽電池陣-蓄電池組電源系統(tǒng)，探測器電源系統(tǒng)的主要任務是提供探測器上負載的全部電源。在光照期，太陽電池陣除提供探測器上設備所需全部能源外，并給化學蓄電池組充電。在陰影期，太陽電池陣不供電，由化學蓄電池組提供探測器上設備所需全部電源。一般化學蓄電池組只能提供幾個小時的能源，最長也只能維持幾天的能源，而深空探測工程中陰影期較長，如探月工程月夜有14天，其它探測器陰影期會長達數月，因此深空探測長時間陰影期僅靠探測器蓄電池組不足以維持探測器平臺最小功率需求，探測器在長時間陰影期期間必須安全可靠的關閉所有設備，進入休眠，光照來臨后，逐步將平臺負載可靠安全的加電。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供的一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)和控制方法，在臨近長時間陰影期時，使探測器調整好姿態(tài)，通過休眠控制系統(tǒng)和控制方法，使探測器斷開所有用電設備，進入休眠狀態(tài)，探測器所有設備均不消耗電能，保證了探測器安全渡過長期陰影期的能源困境。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，該探測器的主電路包含分別與母線電路連接的太陽陣、分流模塊、放電模塊、蓄電池組、電容陣和二次電源，該主電路還包含一次母線開關和蓄電池組放電開關；
該休眠控制系統(tǒng)電路連接探測器的主電路和母線，該休眠控制系統(tǒng)包含電路連接的休眠供電通路、休眠控制電路、休眠自關斷控制電路、休眠時母線電壓測量電路、喚醒控制電路、喚醒使能開關、二次電源開關、喚醒負載開關和喚醒負載。所述的休眠供電通路電路連接所述的蓄電池組和母線，該休眠供電通路包含串聯的休眠供電開關和隔離二極管。所述的休眠控制電路包含電路連接的第一晶體管、第二晶體管、第一繼電器線圈、第二二極管和第三二極管，還包含電阻；
所述的休眠控制電路控制一次母線開關、蓄電池組放電開關、二次電源開關、喚醒使能開關和喚醒負載開關的關斷。
所述的休眠控制電路產生IOOms的控制指令。所述的休眠自關斷控制電路電路連接所述的休眠供電通路；所述的休眠自關斷控制電路包含電路連接的第三晶體管、第二繼電器線圈、第四二極管和第五二極管，還包含電阻以及電容；
所述的休眠自關斷控制電路產生自關斷控制指令，斷開休眠供電通路的休眠供電開關。休眠控制系統(tǒng)斷電后，自關斷控制指令仍保持20ms。所述的休眠時母線電壓測量電路與母線正、負相連，檢測休眠過程中的母線電壓，作為休眠判斷依據。本發(fā)明還提供一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)的休眠控制方法，該方法包含以下步驟
步驟I、探測器控制系統(tǒng)調整探測器姿態(tài)，閉合休眠供電開關，接通休眠供電通路，為休眠控制系統(tǒng)單獨從蓄電池組引出工作電源；
步驟2、探測器控制系統(tǒng)逐步關閉探測器載荷，使探測器工作在最小負載模式；
步驟3、休眠控制電路判斷休眠供電開關閉合后，發(fā)指令斷開一次電源母線開關，探測器由蓄電池組通過休眠供電通路供電；
步驟4、休眠控制電路判斷一次電源母線開關斷開后，發(fā)指令斷開斷蓄電池組放電開
關;
步驟5、休眠控制電路判斷蓄電池組放電開關斷開后，發(fā)指令斷開二次電源開關，同時閉合喚醒負載開關，使喚醒負載被接入母線；
步驟6、休眠控制電路判斷二次電源開關斷開、并且休眠時母線電壓測量電路測量到休眠時母線電壓低于設定值后，休眠控制電路發(fā)指令閉合喚醒使能開關，為探測器喚醒設置做準備；
步驟7、休眠自關斷控制電路判斷喚醒使能開關閉合后，產生自關斷信號，斷開休眠供電開關；
步驟8、地面判斷探測器是否仍有遙測，若有，地面再發(fā)指令斷開休眠供電開關；若無，說明休眠供電開關斷開，探測器進入休眠，探測器所有設備均不消耗電能。所述的休眠控制電路產生IOOms的控制指令。休眠控制系統(tǒng)斷電后，自關斷控制指令仍保持20ms。休眠技術在深空探測領域的應用屬于首次，本發(fā)明提出的休眠控制系統(tǒng)的構建易于工程實現，在深空探測領域，為采用太陽電池陣一蓄電池組供電的探測器提供了一種有效休眠控制方法。本發(fā)明探測器在長時間陰影期內具有了休眠功能，提高了探測器的可靠性和工作壽命。其優(yōu)點和有益效果是
1、本發(fā)明的休眠控制系統(tǒng)和控制方法保證了探測器安全渡過長時間陰影期，防止了蓄電池組由于長期放電造成過放電而損壞，有效提高探測器的可靠性和工作壽命；
2、本發(fā)明的休眠控制系統(tǒng)中休眠供電通路的設置，為休眠控制系統(tǒng)從蓄電池組單獨提供一條供電通路，保證探測器的其余設備斷電后休眠控制系統(tǒng)仍然可以由蓄電池組提供電源，確保在休眠控制設置過程中休眠控制系統(tǒng)可靠工作，提高了休眠設置的可靠性；
3、本發(fā)明中休眠自關斷控制電路產生自關斷控制指令，斷開休眠供電開關，休眠供電開關斷開后，自關斷控制電路工作電源即消失，為了保證可靠斷電，要求休眠控制系統(tǒng)斷電后自關斷控制指令仍需要保持20ms，保證探測器可靠休眠。4、本發(fā)明的休眠控制系統(tǒng)和控制方法通過設置休眠供電通路為休眠控制系統(tǒng)提供可靠的工作電源，通過休眠控制器電路產生休眠指令，為確保探測器的供電安全，通過探測器合理的斷電順序，逐步斷開探測器上各負載，并斷開一次母線開關、蓄電池組放電開關以及二次電源開關，并通過休眠自關斷控制電路產生自關斷控制指令，斷開休眠供電開關，實現探測安全可靠的休眠。
圖I是本發(fā)明的休眠控制系統(tǒng)和探測器主電路在正常工作狀態(tài)下的電路 圖2是本發(fā)明的休眠控制系統(tǒng)和探測器主電路在休眠狀態(tài)下的電路 圖3是本發(fā)明的休眠控制電路的電路 圖4是本發(fā)明的休眠自關斷控制電路的電路圖。
具體實施例方式以下根據圖I 圖4，具體說明本發(fā)明的較佳實施例。如圖I和圖2所示，探測器的主電路包含分別與母線電路連接的太陽陣11、分流模塊22、放電模塊33、蓄電池組44、電容陣55和二次電源66，該主電路還包含一次母線開關KO和蓄電池組放電開關Kl ；
如圖I和圖2所示，本發(fā)明提供一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，該休眠控制系統(tǒng)I電路連接探測器的主電路和母線，該休眠控制系統(tǒng)包含電路連接的休眠供電通路101、休眠控制電路102、休眠自關斷控制電路103、休眠時母線電壓測量電路104、喚醒控制電路105、喚醒使能開關KW、二次電源開關K2-1、喚醒負載開關K2-2和喚醒負載RO ；
所述的休眠供電通路101電路連接所述的蓄電池組44和母線，該休眠供電通路101包含串聯的休眠供電開關Ka和隔離二極管Dl ;所述的休眠供電開關Ka設置4個；
所述的休眠控制電路102控制一次母線開關K0、蓄電池組放電開關K1、二次電源開關K2-1 (設置4個)、喚醒使能開關KW和喚醒負載開關K2-2 (設置4個)的關斷；
如圖3所示，所述的休眠控制電路102包含電路連接的第一晶體管VI、第二晶體管V2、第一繼電器線圈Tl、第二二極管D2和第三二極管D3，還包含若干電阻Rl R4 ;
圖中，TC信號為探測器發(fā)出的遙控信號，連接探測器上的遙控電路；5V連接探測器上產生5 V電壓的DC-DC電路，為探測器上現有電路；指令電源連接探測器上輸出指令電源的DC-DC電路，為探測器上現有電路；指令回線為與指令電源相對應的電壓回線；
所述的休眠控制電路102產生IOOms的控制指令(為探測器上遙控電路產生，控制指令連接到TC端)，進行休眠設置時，休眠控制電路102分別斷開一次母線開關K0、蓄電池組放電開關K1、二次電源開關K2-1 (即斷開探測器的供電通路)，然后接通喚醒使能開關KW和喚醒負載開關K2-2，為探測器的喚醒做準備；
所述的休眠自關斷控制電路103電路連接所述的休眠供電通路101 ；
如圖4所示，所述的休眠自關斷控制電路103包含電路連接的第三晶體管V3、第二繼電器線圈T2、第四二極管D4和第五二極管D5，還包含若干電阻R6 R8以及電容Cl ； 圖中，TC信號為探測器發(fā)出的遙控信號，連接探測器上的遙控電路；蓄電池組電壓連接蓄電池組輸出正端；指令回線為與指令電源相對應的電壓回線；
所述的休眠自關斷控制電路產生自關斷控制指令(為探測器上遙控電路產生，控制指令連接到TC端)，斷開休眠供電通路101的休眠供電開關Ka，休眠供電開關Ka斷開后，休眠控制系統(tǒng)I斷電，為了保證探測器可靠休眠，要求休眠控制系統(tǒng)I斷電后，自關斷控制指令仍保持20ms ;休眠自關斷控制電路執(zhí)行自關斷控制后，探測器的所有設備斷電，探測器完全進入休眠狀態(tài)，所有設備均不消耗電能。所述的休眠時母線電壓測量電路104與母線正、負相連，檢測休眠過程中的母線電壓，作為休眠判斷依據；
所述的喚醒控制電路105用來喚醒探測器；
如圖I所示，探測器正常工作時，一次母線開關KO為閉合狀態(tài)、蓄電池組放電開關Kl為閉合狀態(tài)、二次電源開關K2-1為閉合狀態(tài)，電容陣55連接在母線的正負之間，用來保持母線電壓的穩(wěn)定，二次電源開關K2-1閉合后，母線為二次電源66提供輸入電壓，二次電源66產生±12V為分流模塊22和放電模塊33提供工作電源，光照期，太陽陣11通過分流模塊22為母線提供29V±1V的母線電壓，陰影期，蓄電池組44通過蓄電池組放電開關K1，再經過放電模塊33為母線提供29V±1V的母線電壓。臨近長時間陰影期時，蓄電池組44的能量不能維持探測器渡過長時間陰影，需要斷開探測器上所有用電設備，使探測器進入休眠狀態(tài)。本發(fā)明還提供一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)的休眠控制方法，該方法包含以下步驟
步驟I、探測器控制系統(tǒng)調整探測器姿態(tài)，閉合休眠供電開關Ka，接通休眠供電通路101，為休眠控制系統(tǒng)I單獨從蓄電池組44引出工作電源；
步驟2、探測器控制系統(tǒng)逐步關閉探測器載荷，使探測器工作在最小負載模式；
步驟3、休眠控制電路102判斷休眠供電開關Ka閉合后，發(fā)指令(100ms的休眠控制指令)斷開一次電源母線開關K0，探測器由蓄電池組通過休眠供電通路供電；
步驟4、休眠控制電路102判斷一次電源母線開關KO斷開后，發(fā)指令(100ms的休眠控制指令)斷開斷蓄電池組放電開關Kl ；
步驟5、休眠控制電路102判斷蓄電池組放電開關Kl斷開后，發(fā)指令(100ms的休眠控制指令)斷開二次電源開關K2-1，同時閉合喚醒負載開關K2-2，使喚醒負載RO被接入母線；
步驟6、休眠控制電路102判斷二次電源開關K2-1斷開、并且休眠時母線電壓測量電路104測量到休眠時母線電壓低于設定值(例如母線電壓28V喚醒，設定值取16V)后，休眠控制電路102發(fā)指令(100ms的休眠控制指令)閉合喚醒使能開關KW，為探測器喚醒設置做準備;
此時探測器除休眠控制系統(tǒng)I加電外，其余設備都已關閉；
步驟7、休眠自關斷控制電路103判斷喚醒使能開關KW閉合后，產生自關斷信號，斷開休眠供電開關Ka ；
此自關斷信號指令發(fā)出將休眠供電開關Ka斷開后，自關斷信號指令信號還需保持20ms ；
步驟8、地面判斷探測器是否仍有遙測，若有，地面再發(fā)指令斷開休眠供電開關Ka ;若無，說明休眠供電開關Ka斷開，探測器進入休眠，探測器所有設備均不消耗電能。探測器休眠后的狀態(tài)如圖2所示。盡管本發(fā)明的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，該探測器的主電路包含分別與母線電路連接的太陽陣(11)、分流模塊(22 )、放電模塊(33 )、蓄電池組(44)、電容陣(55 )和二次電源(66 )，該主電路還包含一次母線開關(KO )和蓄電池組放電開關(Kl); 其特征在于， 該休眠控制系統(tǒng)(I)電路連接探測器的主電路和母線，該休眠控制系統(tǒng)包含電路連接的休眠供電通路(101)、休眠控制電路(102)、休眠自關斷控制電路(103)、休眠時母線電壓測量電路(104)、喚醒控制電路(105)、喚醒使能開關(KW)、二次電源開關(K2-1)、喚醒負載開關(K2-2)和喚醒負載(R0)。
2.如權利要求I所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的休眠供電通路(101)電路連接所述的蓄電池組(44)和母線，該休眠供電通路(101)包含串聯的休眠供電開關(Ka)和隔離二極管(D1)。
3.如權利要求I所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的休眠控制電路(102)包含電路連接的第一晶體管(VI)、第二晶體管(V2)、第一繼電器線圈(Tl)、第二二極管(D2)和第三二極管(D3)，還包含電阻(Rl R4)； 所述的休眠控制電路(102)控制一次母線開關(K0)、蓄電池組放電開關(K1)、二次電源開關(K2-1)、喚醒使能開關(KW)和喚醒負載開關(K2-2)的關斷。
4.如權利要求3所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的休眠控制電路(102)產生IOOms的控制指令。
5.如權利要求I所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的休眠自關斷控制電路(103)電路連接所述的休眠供電通路(101);所述的休眠自關斷控制電路(103)包含電路連接的第三晶體管(V3)、第二繼電器線圈(T2)、第四二極管(D4)和第五二極管(D5)，還包含電阻(R6 R8)以及電容(Cl)； 所述的休眠自關斷控制電路產生自關斷控制指令，斷開休眠供電通路(101)的休眠供電開關(Ka)。
6.如權利要求5所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，其特征在于，休眠控制系統(tǒng)(I)斷電后，自關斷控制指令仍保持20ms。
7.如權利要求I所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的休眠時母線電壓測量電路(104)與母線正、負相連，檢測休眠過程中的母線電壓，作為休眠判斷依據。
8.—種如權利要求1-7中任意一個所述的深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)的休眠控制方法，其特征在于，該方法包含以下步驟 步驟I、探測器控制系統(tǒng)調整探測器姿態(tài)，閉合休眠供電開關(Ka)，接通休眠供電通路(101)，為休眠控制系統(tǒng)(I)單獨從蓄電池組(44)引出工作電源； 步驟2、探測器控制系統(tǒng)逐步關閉探測器載荷，使探測器工作在最小負載模式； 步驟3、休眠控制電路(102)判斷休眠供電開關(Ka)閉合后，發(fā)指令斷開一次電源母線開關(KO )，探測器由蓄電池組通過休眠供電通路供電； 步驟4、休眠控制電路(102)判斷一次電源母線開關(KO)斷開后，發(fā)指令斷開斷蓄電池組放電開關(Kl)； 步驟5、休眠控制電路(102)判斷蓄電池組放電開關(Kl)斷開后，發(fā)指令斷開二次電源開關(K2-1)，同時閉合喚醒負載開關(K2-2)，使喚醒負載(RO)被接入母線； 步驟6、休眠控制電路(102)判斷二次電源開關(K2-1)斷開、并且休眠時母線電壓測量電路(104)測量到休眠時母線電壓低于設定值后，休眠控制電路(102)發(fā)指令閉合喚醒使能開關(KW)，為探測器喚醒設置做準備； 步驟7、休眠自關斷控制電路(103)判斷喚醒使能開關(KW)閉合后，產生自關斷信號，斷開休眠供電開關(Ka)； 步驟8、地面判斷探測器是否仍有遙測，若有，地面再發(fā)指令斷開休眠供電開關(Ka);若無，說明休眠供電開關(Ka)斷開，探測器進入休眠，探測器所有設備均不消耗電能。
9.如權利要求8所述的休眠控制方法，其特征在于，所述的休眠控制電路(102)產生IOOms的控制指令。
10.如權利要求8所述的休眠控制方法，其特征在于，休眠控制系統(tǒng)(I)斷電后，自關斷控制指令仍保持20ms。
全文摘要
一種深空探測領域中探測器用休眠控制系統(tǒng)和控制方法，該休眠控制系統(tǒng)電路連接探測器的主電路和母線，包含電路連接的休眠供電通路、休眠控制電路、休眠自關斷控制電路、休眠時母線電壓測量電路、喚醒控制電路、喚醒使能開關、喚醒負載開關、二次電源開關和喚醒負載。本發(fā)明在臨近長時間陰影期時，使探測器調整好姿態(tài)，通過休眠控制系統(tǒng)和控制方法，使探測器斷開所有用電設備，進入休眠狀態(tài)，探測器所有設備均不消耗電能，保證了探測器安全渡過長期陰影期的能源困境。
文檔編號G05B19/04GK102981426SQ20121052653
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者劉勇, 金波, 劉 東, 許峰, 陳達興, 李國欣 申請人:上?？臻g電源研究所