[發(fā)明專利]一種絕對式光電編碼器失效模式下的尋零控制系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111697895B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭超勇;馬婷婷;劉露咪;張述卿;劉繼奎;蔣俊;高益軍;魏鈺良;陶東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

一種絕對式光電編碼器失效模式下的尋零控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明針對某衛(wèi)星型號產(chǎn)品光電編碼器進(jìn)入增量模式導(dǎo)致角度測量錯(cuò)誤的一種故障冗余措施。為了提高粗指向機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性和可用性，在編碼器部分硬件故障的情況下也能保證產(chǎn)品的功能和性能。采用的絕對式光電編碼器當(dāng)部分硬件或軟件功能失效的情況下會(huì)轉(zhuǎn)入增量模式進(jìn)行工作，此時(shí)光電編碼器測量的角度變?yōu)樵隽繑?shù)據(jù)。為了獲得絕對的角度，需要尋找到光電編碼器的絕對零位，然后編碼器將以尋找到的零位為基準(zhǔn)輸出角度數(shù)據(jù)，以指示出激光終端粗指向機(jī)構(gòu)的工作位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種絕對式光電編碼器失效模式下的尋零控制系統(tǒng)及方法，屬于空間指向機(jī)構(gòu)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前衛(wèi)星、空間站、行星探測器已經(jīng)越來越多的遍布在外層空間。在通信鏈路組網(wǎng)的同時(shí)，對其信息的傳輸都有了更高的要求。傳統(tǒng)射頻通信模式的傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了通信速率不斷提高的要求，激光通信成為衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢。在衛(wèi)星激光通信終端中粗指向機(jī)構(gòu)(CPA)扮演著極為重要的角色，是星間激光通信成敗的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前能夠提供較高測量精度和環(huán)境可靠性的角度傳感器有三種：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和光電編碼器。為了實(shí)現(xiàn)角秒級的定位和控制精度，要求測角裝置的測量分辨率和測量誤差都極高，測角誤差要求小于2。對于旋轉(zhuǎn)變壓器而言，為了提高角度測量分辨率，旋轉(zhuǎn)變壓器的尺寸和重量往往需要做得較大，不太適用于粗指向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。而圓感應(yīng)同步器信號較弱，信號處理線路要求較高，也不適用與粗指向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，粗指向機(jī)構(gòu)將采用絕對式光電編碼器來進(jìn)行設(shè)計(jì)。光電編碼器具有精度高、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理利用動(dòng)靜兩塊光柵以小間隙形成莫爾條紋，通過光電轉(zhuǎn)換，將兩塊光柵的相對轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號的變化，電信號經(jīng)過電路處理后得到轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字信息。光柵相對移動(dòng)一個(gè)光柵周期，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)周期，電信號變化一個(gè)周期，是一一對應(yīng)關(guān)系。莫爾條紋具有平均效應(yīng)、對應(yīng)關(guān)系、放大作用的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)編碼器高精度的測量。

激光終端粗指向機(jī)構(gòu)采用永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)控制方案，在光電編碼器由于硬件或軟件失效的情況下進(jìn)行尋零控制過程中，無法得到電機(jī)的準(zhǔn)確角度，因此也無法實(shí)現(xiàn)電機(jī)的磁場定向控制，此時(shí)電機(jī)需工作在虛擬位置預(yù)測的工作過程中，通過預(yù)測電機(jī)下一步的運(yùn)動(dòng)角度，給出電機(jī)的控制指令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)至光電編碼器標(biāo)識的零位時(shí)，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種絕對式光電編碼器失效模式下的尋零控制系統(tǒng)及方法，針對粗指向機(jī)構(gòu)產(chǎn)品光電編碼器在軌進(jìn)入增量模式問題而提出來的，光電編碼器進(jìn)入增量模式導(dǎo)致角度測量錯(cuò)誤的一種故障冗余措施，規(guī)劃了光電編碼器尋零的運(yùn)動(dòng)路徑。通過不使用編碼器角度數(shù)據(jù)直接預(yù)測角度位置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以尋找光電編碼器的零位，編碼器FPGA 軟件接收到零位標(biāo)志后對測量角度重新標(biāo)定置零，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行角度數(shù)據(jù)的更新，通過本發(fā)明方法保證了光電編碼器尋零的完備性和準(zhǔn)確性。通過采用本專利方法在編碼器部分硬件故障的情況下對編碼器測量角度進(jìn)行了重新標(biāo)定，保證產(chǎn)品的功能和性能，進(jìn)而保障了在軌任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種絕對式光電編碼器失效模式下的尋零控制系統(tǒng)，包括尋零控制流程模塊、虛擬位置預(yù)測模塊、零位檢測模塊、光電編碼器測角模塊、第一差分模塊、力矩電流校正模塊、坐標(biāo)變換模塊、電流采樣模塊、第二差分模塊、勵(lì)磁電流校正模塊、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)反變換模塊、SVPWM調(diào)制模塊、全橋逆變驅(qū)動(dòng)模塊、永磁同步電機(jī)和軸系負(fù)載；

尋零控制流程模塊，根據(jù)尋零啟動(dòng)指令以及碼盤零位標(biāo)志字，實(shí)現(xiàn)對光電編碼器失效下的尋零控制策略，得到尋零過程中電機(jī)的尋零轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并將尋零轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向發(fā)送至虛擬位置預(yù)測模塊；

虛擬位置預(yù)測模塊，根據(jù)尋零速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，計(jì)算得到下一周期的虛擬預(yù)測角位置，并發(fā)送至坐標(biāo)變換模塊和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)反變換；

零位檢測模塊，用于檢測光電編碼器是否檢測到零位信號，輸出對應(yīng)的碼盤零位標(biāo)志字；