[發(fā)明專利]一種片上雙機(jī)冗余雙通道電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611192382.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106787974A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章猛;許紅梅;劉關(guān)壯;浦冬燕;應(yīng)宏杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十二研究所
• 主分類號(hào): H02P5/74
• 分類號(hào): H02P5/74
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 郭國(guó)中,樊昕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路，應(yīng)用于航天領(lǐng)域的YZ-3多星發(fā)射上面級(jí)型號(hào)中。

背景技術(shù)

目前，用于航天領(lǐng)域多星發(fā)射上面級(jí)項(xiàng)目中的電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路，存在著可靠性差、在軌工作短、功耗高、效率低、重量大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種片上雙機(jī)冗余雙通道電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路，實(shí)現(xiàn)上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的姿態(tài)控制，具備可靠性高、在軌時(shí)間長(zhǎng)、故障切換速度快等。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種片上雙機(jī)冗余雙通道電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路，以冗余的FPGA芯片為核心部件，其外圍疊加電源、三相橋芯片、固體繼電器、A/D采樣器、主備切換電路以及必要接口電路，在一片PCB中實(shí)現(xiàn)全部的雙通道電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制算法，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)冗余備份。

設(shè)置的冗余備份包括主備二次電源、主備FPGA芯片、主備接口、主備A/D轉(zhuǎn)換器以及主備模擬前端，冗余備份通過(guò)主備切換電路完成切換。

FPGA芯片中預(yù)先編制好并燒錄程序，包含了接口指令、PID控制算法、A/D采樣控制的程序，即能夠按照指令同時(shí)完成兩臺(tái)上面級(jí)電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的姿態(tài)控制。

FPGA芯片內(nèi)置運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)控制算法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明所提供的雙冗余雙通道電動(dòng)伺服控制電路，用于航天領(lǐng)域多星發(fā)射上面級(jí)項(xiàng)目中的發(fā)動(dòng)機(jī)姿態(tài)控制，通過(guò)本發(fā)明能夠在一塊單板中實(shí)現(xiàn)雙機(jī)備份的雙通道電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路，具備可靠性高、在軌工作時(shí)間長(zhǎng)、故障恢復(fù)和切換速度快的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明控制電路，60h可靠性預(yù)計(jì)值0.9999(置信度0.7)，可靠性高，實(shí)時(shí)性好，片上集成度高，重量輕，能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間的在軌運(yùn)行，出現(xiàn)故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)主備機(jī)快速切換。

由于在單板電路中實(shí)現(xiàn)了完整的A/D控制、PID算法、CPU接口等功能，因而具備較快的控制周期(2ms位置環(huán)0.4ms電流環(huán))、較高的動(dòng)態(tài)特性、和較低的重量(雙機(jī)小于1Kg)、較低的功耗特性(雙機(jī)工作時(shí)功耗小于5W)、較低的電路故障率、同時(shí)具備較好的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是本發(fā)明控制電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供的片上雙機(jī)冗余雙通道電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路，在一塊PCB中實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)冗余的電動(dòng)伺服控制電路，設(shè)計(jì)方案中以冗余的FPGA為核心部件，通過(guò)外圍疊加電源電路、A/D采樣器、三相橋芯片、固體繼電器、主備切換電路，以及必要的接口電路等實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制電路。

其中，將FPGA電路、A/D采樣器電路、切換電路進(jìn)行雙機(jī)冗余備份，通過(guò)主備電路故障切換功能，滿足在軌切換、高可靠工作、成本經(jīng)濟(jì)的要求。

圖1所示本發(fā)明實(shí)施例，為航天領(lǐng)域XX-3多星發(fā)射上面級(jí)項(xiàng)目中，通過(guò)本發(fā)明中的電路設(shè)計(jì)，較好地滿足了該項(xiàng)目的指標(biāo)和要求。

該控制電路由主備二次電源、主備FPGA、晶振、三相橋電路、繼電器電路、主備A/D電路、主備模擬前端電路等組成。

通過(guò)選擇反熔絲FPGA芯片連接三相橋電路、A/D采樣器、固體繼電器、以及內(nèi)總線接口等電路。反熔絲FPGA芯片中預(yù)先編制好并燒錄程序，包含了接口指令、PID控制算法、A/D采樣控制的程序之后，即能夠按照指令同時(shí)完成兩臺(tái)上面級(jí)電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)的姿態(tài)控制。

表1為本發(fā)明一實(shí)施例與現(xiàn)有設(shè)計(jì)的比較：

表1

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。