一種運載器電氣控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于運載器上負載設(shè)備的電氣控制與信號檢測的電氣控制系統(tǒng)，對重要功能采用了DSP嵌入式數(shù)字信號處理系統(tǒng)與模擬信號處理系統(tǒng)并聯(lián)的冗余設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)還具有自我檢測、自我診斷能力，提升了系統(tǒng)的綜合性能。
【專利說明】
一種運載器電氣控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電氣控制系統(tǒng)，用于運載器上負載設(shè)備的電氣控制與信號檢測，特別適用于對可靠性、體積和重量要求較高的場合。
【背景技術(shù)】
[0002]空間飛行器電氣控制系統(tǒng)具有飛行器內(nèi)部電源管理與監(jiān)測、狀態(tài)檢測、信號激勵、發(fā)射控制等功能，是空間飛行器上的重要系統(tǒng)之一，對于可靠性、體積和重量的要求較高。
[0003]電氣控制系統(tǒng)用于對運載器上的多個負載設(shè)備進行供配電控制與檢測、負載設(shè)備狀態(tài)檢測與分離控制等功能，大部分功能是通過與地面測發(fā)控系統(tǒng)的信息交互來實現(xiàn)的，并且往往以模擬信號的形式進行傳輸，這種方式使得所選用的電氣控制系統(tǒng)內(nèi)部的元器件的結(jié)構(gòu)和種類較為簡潔，滿足系統(tǒng)對可靠性的要求。隨著智能化設(shè)備的發(fā)展，人們不僅滿足于將運載器上信息傳輸至地面以后再處理，更希望電氣系統(tǒng)逐漸具有自我檢測、自我診斷等能力，而且隨著元器件和嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的可靠性越來越高而成本卻快速降低、體積越加小巧。因此，如果在原有模擬信號交互形式的基礎(chǔ)上并聯(lián)具備一些智能化功能的嵌入式系統(tǒng)，將大幅提高系統(tǒng)的可靠性，并提升系統(tǒng)的綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有用于運載器電氣控制系統(tǒng)的不足，提高原有系統(tǒng)的可靠性，提出了一種采用DSP嵌入式數(shù)字信號處理系統(tǒng)與模擬信號處理系統(tǒng)并聯(lián)式冗余設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)具備自我檢測、自我診斷的能力，提升了系統(tǒng)的綜合性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種運載器電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理系統(tǒng)和模擬信號處理系統(tǒng)并聯(lián)的方式實現(xiàn)了對多個負載設(shè)備的電氣控制和信號檢測，并將檢測結(jié)果的數(shù)字信號和模擬信號同時發(fā)送至地面測發(fā)控系統(tǒng)，數(shù)字信號處理系統(tǒng)和模擬信號處理系統(tǒng)包括:
[0006]隔離及驅(qū)動電路010:將1#?n#負載設(shè)備檢測信號處理后分別送入數(shù)字信號處理電路030和模擬信號處理電路040，并由二次電源電路020提供5V和15V供電；
[0007]二次電源電路020:由電氣控制執(zhí)行電路050提供系統(tǒng)供電27V，為隔離及驅(qū)動電路010提供5V、15V直流供電，為數(shù)字信號處理電路030和模擬信號處理電路040提供5V直流供電，并向數(shù)字信號處理電路030提供二次電源檢測信號；
[0008]數(shù)字信號處理電路030:由二次電源電路020提供5V供電，接收隔離及驅(qū)動電路010輸出的隔離后1#?n#負載設(shè)備檢測信號，通過RS-422總線接收地面測發(fā)控系統(tǒng)數(shù)字量控制信號，發(fā)出1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號、1#?n#負載設(shè)備轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制信號和1#?n#負載設(shè)備分離控制信號至電氣控制執(zhí)行電路050，并采集電氣控制執(zhí)行電路050反饋的繼電器狀態(tài)檢測信號、二次電源電路020反饋的檢測信號，將信號檢測和自檢的數(shù)字量檢測結(jié)果通過RS-422總線發(fā)送至地面測發(fā)控系統(tǒng)。
[0009]模擬信號處理電路040:由二次電源電路020提供5V供電，接收地面測發(fā)控系統(tǒng)模擬控制信號和隔離及驅(qū)動電路OlO輸出的1#?n#負載設(shè)備檢測信號，發(fā)出1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號、1#?n#負載設(shè)備轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制信號和1#?n#負載設(shè)備分離控制信號至電氣控制執(zhí)行電路050，并將模擬量檢測結(jié)果發(fā)送至地面；
[0010]電氣控制執(zhí)行電路050:與二次電源電路020相連，并控制系統(tǒng)供電27V的來源取自1#負載設(shè)備或地面供電27V，接收分別來自數(shù)字信號處理電路030和模擬信號處理電路040的1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號、1#?n#負載設(shè)備轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制信號和1#?n#負載設(shè)備分離控制信號，向外發(fā)出1#?n#負載設(shè)備電氣控制信號；
[0011]電氣控制執(zhí)行電路050其特征在于:負載設(shè)備的供/斷電控制和分離控制執(zhí)行電路均采用將兩個具有雙對觸點的電磁繼電器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，將其中的三對觸點并聯(lián)以增加負載電路的電流承載能力并增強電路可靠性，另外一對觸點用于繼電器狀態(tài)檢測;采用將兩個具有雙對觸點的磁保持繼電器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對多個負載設(shè)備的轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制，轉(zhuǎn)電前系統(tǒng)由地面27V直流電源供電，轉(zhuǎn)電后系統(tǒng)由1#負載設(shè)備27V供電。
[0012]本發(fā)明的原理:采用了冗余設(shè)計的可靠性設(shè)計方法，對系統(tǒng)的重要功能同時采用數(shù)字信號處理系統(tǒng)與模擬信號處理系統(tǒng)實現(xiàn)，這些重要功能包括對負載設(shè)備的電氣控制和信號檢測，對于采用了繼電器電路的電氣控制執(zhí)行電路也采用了冗余設(shè)計方法。冗余設(shè)計的可靠性模型為并聯(lián)模型，只有當兩個并聯(lián)模塊均失效時系統(tǒng)才會表現(xiàn)出故障。數(shù)字信號處理電路采用了基于DSP的嵌入式技術(shù)。接口電路均采取了隔離措施，模擬電壓采樣和二次電源電路利用變壓器耦合原理實現(xiàn)與對方電路的隔離。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0014](I)采用了數(shù)字信號處理電路與模擬信號處理電路并聯(lián)的冗余設(shè)計，大大提高了電氣控制和信號檢測的可靠性
[0015](2)數(shù)字信號處理電路采用了體積小、集成度高的DPS嵌入式系統(tǒng)，使系統(tǒng)具備自我檢測和自我診斷的能力，大幅提升了系統(tǒng)性能；
[0016](3)電氣控制執(zhí)行電路采用了并聯(lián)結(jié)構(gòu)的繼電器冗余電路設(shè)計，并考慮了繼電器的狀態(tài)檢測，所采用的設(shè)計方法提高了系統(tǒng)的可靠性和可測試性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)電路總框圖，
[0018]010——隔離及驅(qū)動電路；020——二次電源電路；030——數(shù)字信號處理電路；040一一模擬信號處理電路;050—一電氣控制執(zhí)行電路；
[0019]圖2為本發(fā)明的電氣控制執(zhí)行電路框圖，
[0020]061?06n——1#?n#供/斷電控制電路I ;071?07n——1#?n#供/斷電控制電路2;081?08n——1#?n#轉(zhuǎn)電與應(yīng)急斷電控制電路I;091?09n——1#?n#轉(zhuǎn)電與應(yīng)急斷電控制電路2; 101?1n--1#?n#分離控制電路I; 111?Iln--1#?n#分離控制電路2;
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)功能包括負載設(shè)備的供/斷電控制、轉(zhuǎn)電控制、應(yīng)急斷電控制和分離控制。信號檢測系統(tǒng)功能包括供電電壓檢測、電池開路電壓檢測、電池供電狀態(tài)信號檢測、在位信號檢測。
[0022]本發(fā)明的系統(tǒng)電路總框圖如圖1所示，系統(tǒng)電路共包含5個模塊:隔離及驅(qū)動電路、二次電源電路、數(shù)字信號處理電路、模擬信號處理電路和電氣控制執(zhí)行電路。
[0023]地面測發(fā)控系統(tǒng)分別給出模擬控制信號和數(shù)字量控制信號，這里的電氣控制信號包括負載設(shè)備的供/斷電控制、轉(zhuǎn)電控制、應(yīng)急斷電控制和分離控制。地面測發(fā)控系統(tǒng)模擬控制信號為電壓信號，當信號有效時為高電平27V，當信號無效時為低電平0V，送入模擬信號處理電路后產(chǎn)生繼電器控制信號再進入電氣控制執(zhí)行電路，控制相應(yīng)繼電器的閉合或者斷開。地面測發(fā)控系統(tǒng)數(shù)字量控制信號通過RS-422總線進入數(shù)字信號處理電路，DSP處理器接收后通過I/O端口輸出電氣控制TTL電平，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后輸出繼電器控制信號送至電氣控制執(zhí)行電路。
[0024]1#?n#負載設(shè)備檢測信號包括每個負載設(shè)備的供電電壓檢測信號、電池開路電壓檢測信號、電池供電狀態(tài)檢測信號、在位信號檢測信號，其中供電電壓檢測信號和電池開路電壓檢測信號為O?27V的模擬電壓信號，電池供電狀態(tài)檢測信號和在位信號檢測信號為通斷狀態(tài)信號。
[0025]檢測的模擬電壓信號經(jīng)過由變壓器耦合隔離運算放大器構(gòu)成的隔離電路后，一路進入數(shù)字信號處理電路，再經(jīng)過A/D采樣模塊后進入DSP內(nèi)部的處理器，最后通過RS-422總線將電壓值發(fā)送至地面；另一路進入模擬信號處理電路的比較器電路，當被測電壓不小于24V時輸出高電平，否則輸出低電平，然后進入與非門電路，當η個負載設(shè)備的供電電壓檢測信號或電池開路電壓檢測信號均不小于24V時與非門電路輸出低電平，否則輸出高電平，再經(jīng)過5V的驅(qū)動電路作為模擬量檢測結(jié)果輸出至地面，可驅(qū)動地面接收端的光耦。
[0026]檢測的通斷信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)為TTL電平信號，一路進入數(shù)字信號處理電路內(nèi)部的DSP，最后通過RS-422總線將檢測結(jié)果發(fā)送至地面;另一路進入模擬信號處理電路內(nèi)的與非門電路，當η個負載設(shè)備的電池供電狀態(tài)檢測信號或在位信號檢測信號均導通時輸出低電平，否則輸出高電平，再經(jīng)過5V的驅(qū)動電路作為模擬量檢測結(jié)果輸出至地面，可驅(qū)動地面接收端的光耦。
[0027]電氣控制執(zhí)行電路框圖如圖2所示，數(shù)字信號處理電路或者模擬信號處理電路同時向丨#?!!#負載設(shè)備發(fā)出上述電氣控制信號中的一種信號，這里以供/斷電控制信號為例進行說明。1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號進入電氣控制執(zhí)行電路后分為η路信號，分別送至每個負載設(shè)備的供/斷電控制電路。負載設(shè)備的供/斷電控制電路采用了將兩個繼電器電路并聯(lián)的冗余設(shè)計，每個繼電器具有兩對觸點并且每對觸點的額定電流均滿足負載設(shè)備的供電要求，圖2中的I #?n#供/斷電控制電路I中的繼電器的兩對觸點為并聯(lián)關(guān)系，1#?n#供/斷電控制電路2中繼電器中的一對觸點的信號引出到數(shù)字信號處理電路，因此每個負載設(shè)備的供/斷電控制電路提供電流的承載能力是額定電流的三倍。轉(zhuǎn)電控制、應(yīng)急斷電控制和分離控制的執(zhí)行電路的冗余設(shè)計和檢測方法與供/斷電控制電路一致，另外轉(zhuǎn)電與應(yīng)急斷電控制電路采用了磁保持繼電器，實現(xiàn)了當?shù)孛婵刂菩盘柍蜂N時仍能夠保持原來供電狀態(tài)的功能。
[0028]數(shù)字信號處理電路采集其它模塊的檢測信息，包括二次電源電壓5V和15V檢測、電氣控制執(zhí)行電路中繼電器的狀態(tài)檢測，并能夠通過供電電壓檢測信號和電池開路電壓檢測信號分析負載設(shè)備的供電情況，對供電信號中出現(xiàn)的異常情況進行分析和診斷，給出系統(tǒng)故障的預(yù)警和診斷信息。
[0029]本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種運載器電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)采用數(shù)字信號處理系統(tǒng)和模擬信號處理系統(tǒng)并聯(lián)的方式實現(xiàn)了對多個負載設(shè)備的電氣控制和信號檢測，并將檢測結(jié)果的數(shù)字信號和模擬信號同時發(fā)送至地面測發(fā)控系統(tǒng)，數(shù)字信號處理系統(tǒng)和模擬信號處理系統(tǒng)包括: 隔離及驅(qū)動電路(OlO):將1#?n#負載設(shè)備檢測信號處理后分別送入數(shù)字信號處理電路(030)和模擬信號處理電路(040 )，并由二次電源電路(020)提供5V和15V供電； 二次電源電路(020):由電氣控制執(zhí)行電路(050)提供系統(tǒng)供電27V，為隔離及驅(qū)動電路(010)提供5V、15V直流供電，為數(shù)字信號處理電路(030)和模擬信號處理電路(040)提供5V直流供電，并向數(shù)字信號處理電路(030)提供二次電源檢測信號； 數(shù)字信號處理電路(030):由二次電源電路(020)提供5V供電，接收隔離及驅(qū)動電路(010)輸出的隔離后1#?n#負載設(shè)備檢測信號，通過RS-422總線接收地面測發(fā)控系統(tǒng)數(shù)字量控制信號，發(fā)出1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號、1#?n#負載設(shè)備轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制信號和1#?n#負載設(shè)備分離控制信號至電氣控制執(zhí)行電路(050)，并采集電氣控制執(zhí)行電路(050)反饋的繼電器狀態(tài)檢測信號、二次電源電路(020)反饋的檢測信號，將信號檢測和自檢的數(shù)字量檢測結(jié)果通過RS-422總線發(fā)送至地面測發(fā)控系統(tǒng)； 模擬信號處理電路(040):由二次電源電路(020)提供5V供電，接收地面測發(fā)控系統(tǒng)模擬控制信號和隔離及驅(qū)動電路(010)輸出的1#?n#負載設(shè)備檢測信號，發(fā)出1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號、1#?n#負載設(shè)備轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制信號和1#?n#負載設(shè)備分離控制信號至電氣控制執(zhí)行電路(050)，并將模擬量檢測結(jié)果發(fā)送至地面； 電氣控制執(zhí)行電路(050):與二次電源電路(020)相連，并控制系統(tǒng)供電27V的來源取自1#負載設(shè)備或地面供電27V，接收分別來自數(shù)字信號處理電路(030)和模擬信號處理電路(040)的1#?n#負載設(shè)備供/斷電控制信號、1#?n#負載設(shè)備轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制信號和1#?n#負載設(shè)備分離控制信號，向外發(fā)出1#?n#負載設(shè)備電氣控制信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運載器電氣控制系統(tǒng)，其特征在于:負載設(shè)備的供/斷電控制和分離控制執(zhí)行電路均采用將兩個具有雙對觸點的電磁繼電器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，將其中的三對觸點并聯(lián)以增加負載電路的電流承載能力并增強電路可靠性，另外一對觸點用于繼電器狀態(tài)檢測;采用將兩個具有雙對觸點的磁保持繼電器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對多個負載設(shè)備的轉(zhuǎn)電和應(yīng)急斷電控制，轉(zhuǎn)電前系統(tǒng)由地面27V直流電源供電，轉(zhuǎn)電后系統(tǒng)由1#負載設(shè)備27V供電。
【文檔編號】G05B19/042GK105911897SQ201610488236
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】劉芳, 薛健, 張自強
【申請人】北京航天新風機械設(shè)備有限責任公司