一種具有冷備份功能的飛輪模擬器的制造方法
【專利摘要】一種具有冷備份功能的飛輪模擬器，具備飛輪動(dòng)力學(xué)模型的高精度運(yùn)算能力及冷備份功能；該飛輪模擬器包括電源管理模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)選通模塊、主飛輪模塊和備份飛輪模塊；主飛輪模塊和備份飛輪模塊分別與電源管理模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)選通模塊相連，用于信號(hào)的采集、處理和輸出，實(shí)現(xiàn)飛輪動(dòng)力學(xué)模型的解算；本發(fā)明考慮到飛輪的故障和干擾，飛輪動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算精度高，且針對(duì)故障存在的情況采用冷備份技術(shù)，可以模擬當(dāng)前飛輪出現(xiàn)故障后切換到備份飛輪的動(dòng)作，適用于航空、航天及深空探測領(lǐng)域的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)地面仿真驗(yàn)證。
【專利說明】一種具有冷備份功能的飛輪模擬器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛輪模擬器，可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的地面仿真測試環(huán)節(jié)，適用于航空航天領(lǐng)域及深空探測環(huán)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星工程是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高度復(fù)雜而又高精度的系統(tǒng)工程，研制一個(gè)衛(wèi)星的控制系統(tǒng)，雖然數(shù)學(xué)仿真可以大概模擬姿態(tài)控制系統(tǒng)的性能，但是由于數(shù)學(xué)模型很難精確地概括全部細(xì)節(jié)，有時(shí)候某些局部地細(xì)節(jié)誤差有可能使系統(tǒng)性能發(fā)生質(zhì)的變化；某些環(huán)境或干擾對(duì)器部件性能的影響很難建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，由此引起的系統(tǒng)性能的改變也只能通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)；一個(gè)已研制出來的復(fù)雜衛(wèi)星控制系統(tǒng)在上天之前非常有必要在地面對(duì)它做出綜合性能的定量評(píng)價(jià)，為了實(shí)現(xiàn)某種指標(biāo)，試驗(yàn)過程中常常對(duì)控制系統(tǒng)的硬件或軟件參數(shù)進(jìn)行局部修改，于是半物理仿真便成為系統(tǒng)性能鑒定和優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種手段。而且由于衛(wèi)星姿控系統(tǒng)具有造價(jià)昂貴，在地面難以調(diào)試等特性，因而建立衛(wèi)星姿控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，用半物理仿真來代替全物理仿真，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)所忽略和不足的地方，檢測方案和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面的可行性和合理性，對(duì)衛(wèi)星的研制具有十分重要的意義。
[0003]在半物理仿真的初級(jí)階段，模擬衛(wèi)星器部件運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的電模擬器倍受青睞。首先，電模擬器由實(shí)際需要出發(fā)，可以根據(jù)需要的信號(hào)和接口類型設(shè)計(jì)不同的輸入輸出接口 ；其次，電模擬器比數(shù)字仿真具有更好的效果，更貼近實(shí)際；最后，電模擬器是承接數(shù)字仿真和真實(shí)器件的重要環(huán)節(jié)，若直接由整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字仿真到氣浮臺(tái)、飛輪等半實(shí)物系統(tǒng)，可能會(huì)遇到很多不可預(yù)知的問題，通過電模擬器組成的電信號(hào)測試環(huán)節(jié)過渡，可以由淺入深的解決各個(gè)問題。飛輪作為衛(wèi)星常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在姿態(tài)控制系統(tǒng)的驗(yàn)證環(huán)節(jié)必不可少，其動(dòng)力學(xué)模型比較簡單適于數(shù)字信號(hào)處理，飛輪電模擬器成為姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)半物理仿真環(huán)節(jié)的重要組成部分。
[0004]飛輪電模擬器在相關(guān)領(lǐng)域已有使用，如基于定點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器的飛輪電模擬器和基于FPGA的飛輪電模擬器，也取得了良好的效果。然而現(xiàn)有的飛輪模擬器均存在以下三方面的不足:首先，現(xiàn)有飛輪模擬器僅能實(shí)現(xiàn)實(shí)物飛輪的電性能模擬功能，但是無法完成飛輪的故障注入及后續(xù)的故障切換功能，無法更真實(shí)的模擬飛輪在軌運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障情況；其次，現(xiàn)有飛輪模擬器無法實(shí)現(xiàn)飛輪之間的冷備份功能，進(jìn)而無法驗(yàn)證航天器姿控系統(tǒng)中的容錯(cuò)控制及重構(gòu)算法；最后，現(xiàn)有的飛輪模擬器主控制器以定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器為主，但是定點(diǎn)信號(hào)處理器具有不善于處理浮點(diǎn)數(shù)的缺陷，不能很好的滿足航空航天領(lǐng)域的高精度要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)飛輪難以進(jìn)行地面仿真的問題，設(shè)計(jì)了具有冷備份功能的飛輪模擬器，通過對(duì)飛輪數(shù)學(xué)模型的高精度解算模擬真實(shí)飛輪的輸入輸出關(guān)系；同時(shí)為了模擬飛輪出現(xiàn)故障時(shí)切換到備份飛輪的動(dòng)作，采用冷備份原理，當(dāng)主飛輪出現(xiàn)故障時(shí)，可由選通信號(hào)選通備份飛輪的內(nèi)核電源和輸出，切換至備份飛輪工作。
[0006]本發(fā)明提供一種具有冷備份功能的飛輪模擬器電路板，所述控制電路板包括:信號(hào)調(diào)理模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊、主飛輪模塊、備份飛輪模塊、信號(hào)選通模塊和電源管理模塊；所述電源管理模塊與主飛輪模塊、備份飛輪模塊和信號(hào)選通模塊相連，用于提供電源電壓；所述信號(hào)調(diào)理模塊與主飛輪模塊和備份飛輪模塊連接，用于將輸入電壓的范圍轉(zhuǎn)換為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的允許輸入電壓范圍；所述串口電平轉(zhuǎn)換模塊與主飛輪模塊和備份飛輪模塊相連，用于串口通信的電平轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)選通模塊與主飛輪模塊和備份飛輪模塊相連，用于選通主飛輪與備份飛輪模塊中的一個(gè)模塊運(yùn)行；所述主飛輪模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊相連，用于對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、信號(hào)處理、輸出數(shù)據(jù)；所述備份飛輪模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊相連，用于在主飛輪模塊出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、信號(hào)處理、輸出數(shù)據(jù)。
[0007]所述主飛輪模塊由主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主TTL脈沖輸出控制模塊、主高精度信號(hào)處理模塊、主串口通信模塊、主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊組成，所述主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主TTL脈沖輸出控制模塊、主高精度信號(hào)處理模塊、主串口通信模塊、主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊通過數(shù)據(jù)指令總線互相連接，主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與主串口通信模塊將接收到得外部模擬信息和故障信息分別處理后傳輸給主高精度信號(hào)處理模塊，主高精度信號(hào)處理模塊經(jīng)過相應(yīng)的信息處理后，解算出實(shí)時(shí)的TTL脈沖輸出控制信息和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制信息，并分別發(fā)送給主TTL脈沖輸出控制模塊和主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊，主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊進(jìn)一步將處理后的指令傳送給主數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換。
[0008]所述備份飛輪模塊由備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、備份TTL脈沖輸出控制模塊、備份高精度信號(hào)處理模塊、備份串口通信模塊、備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊組成。所述備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、備份TTL脈沖輸出控制模塊、備份高精度信號(hào)處理模塊、備份串口通信模塊、備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊通過數(shù)據(jù)指令總線互相連接，備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與備份串口通信模塊將接收到得外部模擬信息和故障信息分別處理后傳輸給備份高精度信號(hào)處理模塊，備份高精度信號(hào)處理模塊經(jīng)過相應(yīng)的信息處理后，解算出實(shí)時(shí)的TTL脈沖輸出控制信息和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制信息，并分別發(fā)送給備份TTL脈沖輸出控制模塊和備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊，備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊進(jìn)一步將處理后的指令傳送給備份數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換。
[0009]所述信號(hào)處理模塊由三個(gè)模擬開關(guān)組成，第一模擬開關(guān)選通主飛輪模塊與備份飛輪模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出；第二模擬開關(guān)選通主飛輪模塊與備份飛輪模塊的TTL脈沖數(shù)出；第三模擬開關(guān)選擇向主飛輪模塊或備份飛輪模塊中的嵌入式微處理器提供內(nèi)核電壓；三個(gè)模擬開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)主飛輪模塊運(yùn)行到備份飛輪模塊運(yùn)行的切換。
[0010]飛輪模擬器的信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端，所述模擬信號(hào)輸入端口用于與衛(wèi)星姿態(tài)控制模塊的模擬信號(hào)輸出端相連接。
[0011]飛輪模擬器的TTL脈沖信號(hào)輸出模塊,所述TTL脈沖信號(hào)輸出端用于與衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型的匹配接口相連接，用于將轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速方向信號(hào)傳輸給衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模塊。
[0012]飛輪模擬器經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)輸出端口，所述模擬輸出端與衛(wèi)星姿態(tài)控制模塊相匹配的端口相連接，用于檢測飛輪的軸承溫度和電壓。
[0013]飛輪模擬器與信號(hào)選通模塊相連的數(shù)字信號(hào)輸入端，所述信號(hào)選通輸入端口與衛(wèi)星姿態(tài)控制相匹配的端口相連接，用于姿態(tài)控制模塊檢測到主飛輪故障時(shí)切換到備份飛輪工作。
[0014]與串口通信模塊相連的串口端，所述串口端與主控模塊相匹配的端口兩聯(lián)，用于接收主控模塊發(fā)出的故障信號(hào)。
[0015]本發(fā)明提供的具有冷備份功能的飛輪模擬器，其改進(jìn)之處在于:
[0016]I)米用冷備份技術(shù)，同一時(shí)刻只有主飛輪模塊和備份飛輪模塊中的一個(gè)模塊工作，降低模擬器的電能消耗。
[0017]2)采用冷備份技術(shù)，由信號(hào)選通模塊實(shí)現(xiàn)主飛輪與備份飛輪的在線切換功能，可以模擬故障突發(fā)時(shí)星載計(jì)算機(jī)對(duì)飛輪的備份啟動(dòng)操作，
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的具有冷備份功能的飛輪模擬器結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為本發(fā)明提供的信號(hào)調(diào)理模塊電路原理圖；
[0020]圖3為本發(fā)明提供的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖；
[0021]圖4為本發(fā)明提供的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)半物理仿真結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖5為本發(fā)明提供的飛輪模擬器主飛輪與備份飛輪切換實(shí)現(xiàn)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]實(shí)施例一
[0025]本實(shí)施例提供一種具備冷備份功能的飛輪模擬器，如圖1所示，該飛輪模擬器包括信號(hào)選通模塊、電源管理模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、主飛輪模塊、備份飛輪模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊。所述電源管理模塊與主飛輪模塊、備份飛輪模塊和信號(hào)選通模塊相連，用于提供電源電壓；所述信號(hào)選通模塊與電源管理模塊、主飛輪模塊和備份飛輪模塊相連，用于選通主飛輪模塊和備份飛輪模塊的內(nèi)核電壓及輸出；所述信號(hào)調(diào)理模塊與主飛輪模塊和備份飛輪模塊相連，用于將輸入電壓信號(hào)調(diào)理至允許的范圍內(nèi)；所述串口電平轉(zhuǎn)換模塊與主飛輪模塊和備份飛輪模塊相連，用于接收上位機(jī)的故障信號(hào)；所述主飛輪模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊相連，用于對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、信號(hào)處理、輸出數(shù)據(jù)；所述備份飛輪模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、串口電平轉(zhuǎn)換模塊相連，用于在主飛輪模塊出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、信號(hào)處理、輸出數(shù)據(jù)。本實(shí)施例的主飛輪及備份飛輪模塊選用TMS320F28335作為主控制器，信號(hào)調(diào)理模塊用于飛輪模擬器的輸入部分，由信號(hào)調(diào)理電路的輸入輸出電壓范圍可知，本實(shí)施例的信號(hào)調(diào)理電路采用運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)比例放大和偏置操作，電路設(shè)計(jì)如圖2所示。FD_S1即為信號(hào)調(diào)理模塊輸入，經(jīng)過偏置信號(hào)BIAS_S1的作用，進(jìn)而經(jīng)過一級(jí)放大和濾波電路，輸出期望范圍內(nèi)的電壓信號(hào)FilterecLSl。按照期望的輸入輸出關(guān)系，UlAD運(yùn)放的反饋電阻為3ΚΩ，UlAB提供的偏置電壓BIAS_S1為-5V。
[0026]所述主飛輪模塊由主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主TTL脈沖輸出控制模塊、主高精度信號(hào)處理模塊、主串口通信模塊、主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊組成，所述主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主TTL脈沖輸出控制模塊、主高精度信號(hào)處理模塊、主串口通信模塊、主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊通過數(shù)據(jù)指令總線互相連接，主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與主串口通信模塊將接收到得外部模擬信息和故障信息分別處理后傳輸給主高精度信號(hào)處理模塊，主高精度信號(hào)處理模塊經(jīng)過相應(yīng)的信息處理后，解算出實(shí)時(shí)的TTL脈沖輸出控制信息和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制信息，并分別發(fā)送給主TTL脈沖輸出控制模塊和主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊，主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊進(jìn)一步將處理后的指令傳送給主數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊選擇TI公司的TLV5618數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用SPI時(shí)序獲得輸入的數(shù)字信號(hào)，可與主飛輪及備份飛輪模塊的TMS320F28335主控制器提供的多通道緩沖串口實(shí)現(xiàn)無縫連接。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)如圖3所示，TLV5618的片選信號(hào)、輸入時(shí)鐘信號(hào)、輸入數(shù)據(jù)信號(hào)分別由DSP多通道緩沖串口的幀信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。LM4040輸出2.5V基準(zhǔn)電壓供TLV5618作為參考電壓。
[0027]所述備份飛輪模塊由備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、備份TTL脈沖輸出控制模塊、備份高精度信號(hào)處理模塊、備份串口通信模塊、備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊組成。所述備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、備份TTL脈沖輸出控制模塊、備份高精度信號(hào)處理模塊、備份串口通信模塊、備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊通過數(shù)據(jù)指令總線互相連接，備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與備份串口通信模塊將接收到得外部模擬信息和故障信息分別處理后傳輸給備份高精度信號(hào)處理模塊，備份高精度信號(hào)處理模塊經(jīng)過相應(yīng)的信息處理后，解算出實(shí)時(shí)的TTL脈沖輸出控制信息和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制信息，并分別發(fā)送給備份TTL脈沖輸出控制模塊和備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊，備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊進(jìn)一步將處理后的指令傳送給備份數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊完成數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換。
[0028]所述信號(hào)處理模塊由三個(gè)模擬開關(guān)組成，第一模擬開關(guān)選通主飛輪模塊與備份飛輪模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出；第二模擬開關(guān)選通主飛輪模塊與備份飛輪模塊的TTL脈沖數(shù)出；第三模擬開關(guān)選擇向主飛輪模塊或備份飛輪模塊中的嵌入式微處理器提供內(nèi)核電壓；三個(gè)模擬開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)主飛輪模塊運(yùn)行到備份飛輪模塊運(yùn)行的切換。
[0029]實(shí)施例二
[0030]本實(shí)例提供一種使用具有冷備份功能的飛輪模擬器在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)半物理仿真回路的應(yīng)用實(shí)例。如圖4所示，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的半物理仿真回路包括衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)、敏感器信號(hào)源、星載計(jì)算機(jī)與具有冷備份功能的飛輪模擬器。半物理仿真回路工作原理如下:敏感器信號(hào)源接收來自姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的物理姿態(tài)信息同時(shí)完成衛(wèi)星姿態(tài)的實(shí)時(shí)解算，解算出的姿態(tài)角與姿態(tài)角速度信息發(fā)送給星載計(jì)算機(jī)，星載計(jì)算機(jī)結(jié)合衛(wèi)星任務(wù)解算出實(shí)時(shí)控制指令，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)連同當(dāng)前的飛輪選通信號(hào)一并傳送給具有冷備份功能的飛輪模擬器，具有冷備份功能的飛輪模擬器執(zhí)行實(shí)時(shí)電壓指令，并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速信息發(fā)送給姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具有冷備份功能的飛輪模擬器回傳實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信息與遙測信息給星載計(jì)算機(jī)。所述選通信號(hào)輸入接口與星載計(jì)算機(jī)連接，用于選通主飛輪或備份飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)。所述模擬信號(hào)輸入接口與星載計(jì)算機(jī)連接，用于將星載計(jì)算機(jī)給出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。所述RS232串口接口與上位機(jī)連接，用于接收上位機(jī)輸出的故障信息。所述遙測信息輸出接口與星載計(jì)算機(jī)連接，用于將遙測信息反饋回星載計(jì)算機(jī)。所述TTL脈沖輸出端口與衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)連接，用于將飛輪模擬器輸出的角動(dòng)量信息傳送給衛(wèi)星本體的姿態(tài)模型。
[0031]實(shí)施例三
[0032]本實(shí)例提供一種使用具有冷備份功能的飛輪模擬器在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)半物理仿真回路實(shí)現(xiàn)主飛輪與備用飛輪切換的方案。具體的信號(hào)流如圖5所示，本實(shí)例中所述選通信號(hào)輸入接口與星載計(jì)算機(jī)連接，用于選通主飛輪或備份飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)。所述模擬信號(hào)輸入接口與星載計(jì)算機(jī)連接，用于將星載計(jì)算機(jī)給出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。所述RS232串口接口與上位機(jī)連接，用于接收上位機(jī)輸出的故障信息。所述遙測信息輸出接口與星載計(jì)算機(jī)連接，用于將遙測信息反饋回星載計(jì)算機(jī)。所述TTL脈沖輸出端口與衛(wèi)星姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)連接，用于將飛輪模擬器輸出的角動(dòng)量信息傳送給衛(wèi)星本體的姿態(tài)模型。
[0033]具有冷備份功能的飛輪模擬器實(shí)現(xiàn)主飛輪與備用飛輪切換的具體流程如下:系統(tǒng)上電運(yùn)行初始，上位機(jī)輸出選通信號(hào)至圖5中所示的2通道模擬開關(guān)，主飛輪通道正常運(yùn)行，備份飛輪通道關(guān)閉，包括選通主飛輪通道的供電電源和輸出信號(hào)；當(dāng)主飛輪通道接收到上位機(jī)發(fā)送的故障信號(hào)后，則以故障模式運(yùn)行，實(shí)際輸出與姿態(tài)控制系統(tǒng)的期望輸出產(chǎn)生偏差；星載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)飛輪模擬器的輸出進(jìn)行檢測，當(dāng)期望輸出與期望輸入達(dá)到故障級(jí)偏差時(shí)，即輸出選通信號(hào)，關(guān)閉主飛輪通道，啟動(dòng)備份飛輪通道，包括選通備份飛輪通道的供電電源和輸出信號(hào)。至此，飛輪模擬器的主飛輪通道與備份飛輪通道切換動(dòng)作完成。
[0034]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有冷備份功能的飛輪模擬器，包括信號(hào)調(diào)理模塊(I)、串口電平轉(zhuǎn)換模塊(2)、主飛輪模塊(3)、備份飛輪模塊(4)、信號(hào)選通模塊(5)和電源管理模塊(6);所述信號(hào)調(diào)理模塊(I)與主飛輪模塊(3)和備份飛輪模塊(4)連接，用于將輸入的電壓范圍轉(zhuǎn)換為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的允許輸入電壓范圍；所述串口電平轉(zhuǎn)換模塊(2)與主飛輪模塊(3)和備份飛輪模塊(4)相連，用于串口通信的電平轉(zhuǎn)換；所述信號(hào)選通模塊(5)與主飛輪模塊(3)和備份飛輪模塊(4)相連，用于選擇主飛輪與備份飛輪中的一個(gè)模塊運(yùn)行；所述電源管理模塊(6)與主飛輪模塊(3)、備份飛輪模塊(4)和信號(hào)選通模塊(5)相連，用于提供電源電壓；所述主飛輪模塊(3)與信號(hào)調(diào)理模塊(I)、串口電平轉(zhuǎn)換模塊(2)、信號(hào)選通模塊(5)相連，用于模擬主飛輪的運(yùn)行，對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、信號(hào)處理、輸出數(shù)據(jù)；所述主飛輪模塊(3)由主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(31)、主TTL脈沖輸出控制模塊(32)、主高精度信號(hào)處理模塊(33)、主串口通信模塊(34 )、主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(35 )組成，所述主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(31)、主TTL脈沖輸出控制模塊(32)、主高精度信號(hào)處理模塊(33)、主串口通信模塊(34)、主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(35)通過數(shù)據(jù)指令總線互相連接，主模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(31)與主串口通信模塊(34)將接收到的外部模擬信息和故障信息分別處理后傳輸給主高精度信號(hào)處理模塊(33)，主高精度信號(hào)處理模塊(33)經(jīng)過相應(yīng)的信息處理后，解算出實(shí)時(shí)的TTL脈沖輸出控制信息和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制信息，并分別發(fā)送給主TTL脈沖輸出控制模塊(32)和主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(35)，主數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(35)進(jìn)一步將處理后的指令傳送給主數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(36)完成數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換；所述備份飛輪模塊與信號(hào)調(diào)理模塊(I)、串口電平轉(zhuǎn)換模塊(2)、信號(hào)選通模塊(5)相連，用于在主飛輪模塊出現(xiàn)故障時(shí)模擬備份飛輪的運(yùn)行，對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行采樣、信號(hào)處理、輸出數(shù)據(jù)；所述備份飛輪模塊(4)由備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(41)、備份TTL脈沖輸出控制模塊(42)、備份高精度信號(hào)處理模塊(43)、備份串口通信模塊(44)、備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(45)組成；所述備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(41)、備份TTL脈沖輸出控制模塊(42)、備份高精度信號(hào)處理模塊(43)、備份串口通信模塊(44)、備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(45)通過數(shù)據(jù)指令總線互相連接，備份模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(41)與備份串口通信模塊(44)將接收到的外部模擬信息和故障信息分別處理后傳輸給備份高精度信號(hào)處理模塊(43)，備份高精度信號(hào)處理模塊(43)經(jīng)過相應(yīng)的信息處理后，解算出實(shí)時(shí)的TTL脈沖輸出控制信息和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制信息，并分別發(fā)送給備份TTL脈沖輸出控制模塊(42)和備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(45)，備份數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊(45)進(jìn)一步將處理后的指令傳送給備份數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(46)完成數(shù)字量和模擬量之間的轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有冷備份功能的飛輪模擬器，其特征在于:所述信號(hào)處理模塊(5)由三個(gè)模擬開關(guān)組成，第一模擬開關(guān)選通主飛輪模塊與備份飛輪模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出；第二模擬開關(guān)選通主飛輪模塊與備份飛輪模塊的TTL脈沖數(shù)出；第三模擬開關(guān)選擇向主飛輪模塊或備份飛輪模塊中的嵌入式微處理器提供內(nèi)核電壓；三個(gè)模擬開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)主飛輪模塊運(yùn)行到備份飛輪模塊運(yùn)行的切換。
【文檔編號(hào)】G05D17/02GK103941762SQ201410117841
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】郭雷, 喬建忠, 張培喜, 雷燕婕, 李文碩 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)