CN105292521B - 一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够集中供电，集中进行控制与管理的空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统。本发明的霍尔电推进器功率处理架构包括阳极电源模块、阴极电源模块和点火电源模块；每个电源模块均有使能电路，通过控制单元统一的作用于各电源模块中的使能信号控制各个电源模块的工作和关断；外部使能信号作用于各电源模块的使能控制端，在控制单元统一的时序控制下发出使能信号控制各电源模块按照时序工作和关断，霍尔电推进器即可成功、持续、稳定点火。从而能够在设定的时序下完成电推进子系统的运行控制，以控制指令进行冗余切换，完成遥测参数的采集、隔离变换并提供给遥测/遥控接口，可以实现远程控制功能；有效的提高系统供电控制和供电效率。
Description
技术领域
本发明涉及霍尔电推进系统功率处理系统，具体为一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统及方法。
背景技术
电推进技术是利用电能加速推进工质实现高比冲的先进航天器推进技术，电推进器比冲高，消耗工质少，可比化学推进器所消耗推进剂低1～2个数量级。采用电推进技术可以降低飞行器质量、提高寿命、提高有效载荷能力，电推进技术在同步轨道卫星、深空探测有很大的应用前景。
电推进供电控制系统是电推进系统主要组成部分之一，电推进供电控制技术为电推进技术的关键技术之一。现有的霍尔电推进供电系统由于其各极所需的电源类型不同，因此其供电电源较多，管理控制复杂，可靠性低，削弱其本身的优势。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够集中供电，集中进行控制与管理的空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统，包括控制单元，以及依次连接的霍尔电源处理单元和包括滤波电路的滤波模块；霍尔电源处理单元包括阳极电源、阴极加热电源和点火电源；阳极电源的输出经过滤波电路后，输出正连接到霍尔电推进器中的阳极，输出负连接到霍尔电推进器中的磁铁极正端；阴极加热电源的输出正通过电子开关转变为两路阴极输出正；两路输出正分别对应连接到霍尔电推进器中冗余设计的两个阴极加热器上；点火电源的输出正通过电子开关转变为两路点火输出正；两路点火输出正分别对应连接到霍尔电推进器中冗余设计的两个阴极的点火极上；阴极加热电源的输出负和点火电源的输出负，以及霍尔电推进器中磁铁极的负端和阴极加热器的负端短接相连作为公共负端；控制单元用于分别对阳极电源、阴极加热电源和点火电源进行数据采样和使能控制。
优选的，霍尔电源处理单元的输入端连接一次侧功率母线的输出。
进一步，阳极电源模块、阴极加热电源模块和点火电源模块用于将一次功率母线的电压转分别换成霍尔电推进器阳极需要的高压恒压源、阴极加热器需要的恒流源和点火极需要的高压脉冲恒流源。
优选的，阳极电源包括分别进行采样且并联设置的阳极电源Ⅰ和阳极电源Ⅱ。
优选的，控制单元还用于对设置在阴极加热电源和点火电源输出的电子开关进行控制。
一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，包括如步骤，
步骤一，控制单元上电与上位机建立通信，并对空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统进行参数配置；
步骤二，接通一次侧功率供电母线，依次控制阴极加热电源打开、点火电源打开和阳极电源打开；通过采样并检测点火状态，如果成功则执行步骤三，如果失败则执行步骤四；
步骤三，关断阴极加热电源和点火电源，检测霍尔电源处理单元是否满足工作时长，直至满足工作时长后依次关断阳极电源和供电母线，直至满足冷却时间后检测是否达到点火循环次数，如果不满足则执行步骤二，如果满足则结束点火操作；
步骤四，关断阴极加热电源和点火电源后，依次关断阴极加热电源和点火电源的另一路输出，阳极电源和供电母线，结束点火操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明设计的霍尔电推进器功率处理架构包括阳极电源模块、阴极电源模块和点火电源模块；每个电源模块均有使能电路，通过控制单元统一的作用于各电源模块中的使能信号控制各个电源模块的工作和关断；外部使能信号作用于各电源模块的使能控制端，在控制单元统一的时序控制下发出使能信号控制各电源模块按照时序工作和关断，霍尔电推进器即可成功、持续、稳定点火。从而能够在设定的时序下完成电推进子系统的运行控制，以控制指令进行冗余切换，完成遥测参数的采集、隔离变换并提供给遥测/遥控接口，可以实现远程控制功能；有效的提高系统供电控制和供电效率。
本发明所述的供电控制系统能满足霍尔电推进器每个极的用电需求；阴极加热极和点火极是霍尔电推进器的寿命薄弱环节。故对阴极加热电源模块和点火模块进行输出切换，分别对阴极加热极A/B、点火极A/B供电。
进一步的，对功率最大、工作时间长的阳极电源模块进行了模块冗余设计。
本发明所述的方法实现电源供电集中管理和时序控制，通过阳极电源模块、阴极加热电源模块和点火电源分别向控制单元开放使能端，控制单元通过内部的操作流程分别向各电源模块发出使能或终止信号，从而实现该供电系统的时序控制。阳极电源模块、阴极加热电源模块、点火电源分别向控制单元回传输入及输出采样数据，控制单元根据采样数据监控并判断供电系统各部分工作状况，如发生故障则根据内部逻辑采取措施。
附图说明
图1为本发明实例中所述的霍尔电推进供电控制系统的供电架构图。
图2本发明实例中所述的控制单元操作时序图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的供电系统包括阳极电源Ⅰ、阳极电源Ⅰ采样电路、阳极电源Ⅱ、阳极电源Ⅱ采样电路、阴极加热电源、阴极加热电源采样电路、阴极加热电源输出切换开关、点火电源、点火电源采样电路、点火电源输出切换开关、控制单元和滤波电路。
阳极电源模块的输出为霍尔电推进器阳极供电；阴极加热电源模块的输出为霍尔电推进器的阴极加热器供电；点火电源的输出为霍尔电推进器的阴极点火极供电。
阳极电源模块将一次功率母线转换成霍尔电推进器阳极需要的高压恒压源；阴极加热电源模块将一次功率母线转换成霍尔电推进器阴极加热器需要的恒流源，点火电源模块将一次功率母线转换成霍尔电推进器阴极点火极需要的高压脉冲恒流源。
阳极电源的输出经过滤波电路后，输出正连接到霍尔电推进器中的阳极，输出负连接到霍尔电推进器中的磁铁极正端。阳极电源Ⅰ和阳极电源Ⅱ属于冗余设计。
阴极加热电源的输出正通过电子开关转变为两路输出正：阴极A+和阴极B+，阴极A+连接到霍尔电推进器中冗余设计的阴极加热器A，阴极B+连接到霍尔电推进器中冗余设计的阴极加热器B。
点火电源的输出正通过电子开关转变为两路输出正：点火A+和点火B+，点火A+连接到霍尔电推进器中冗余设计的点火极A，点火B+连接到霍尔电推进器中冗余设计的点火极B。
阴极加热电源的输出负、点火电源的输出负，以及霍尔电推进器中磁铁极的负端和阴极加热器的负端短接相连作为公共负端。
控制单元分别对阳极电源Ⅰ、阳极电源Ⅱ、阴极加热电源、点火电源进行使能控制。控制单元对阴极加热电源输出控制开关、点火电源输出控制开关进行控制。
控制单元接收阳极电源输出电压和电流、阴极加热电源输出电压和电流、点火电源输出电压和电流的采样数据，并对采样数据进行判断。
控制单元通过一定时序对供电控制系统内各模块进行控制，控制时序如附图2所示。控制单元上电后与上位机通信，从上位机获得配置参数，配置参数包括阴极加热单元A/B选择、点火极A/B选择、点火等待时间、运行时间等等。配置完成后控制单元依次打开母线和各电源模块，随后监控发动机状况，若点火失败，报告并逐次关闭供电系统各电源模块。点火成功，进入稳态运行时间直至任务结束。
采取本发明所述供电架构的霍尔电推进系统随某试验卫星已发射入轨，并开展在轨飞行试验，成功实现霍尔电推进系统首次在轨点火和稳定运行；并完成系统在轨性能标定，同时已经完成了百余次在轨点火试验。在轨性能标定结果如表1所示，试验结果证明采用本发明所述供电架构的霍尔电推进系统的性能指标合格。
表1设计指标表
Claims (6)
1.一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤一，控制单元上电与上位机建立通信，并对空间飞行器霍尔电推进器供电控制系统进行参数配置；
步骤二，接通一次侧功率供电母线，依次控制阴极加热电源打开、点火电源打开和阳极电源打开；通过采样并检测点火状态，如果成功则执行步骤三，如果失败则执行步骤四；
步骤三，关断阴极加热电源和点火电源，检测霍尔电源处理单元是否满足工作时长，直至满足工作时长后依次关断阳极电源和供电母线，直至满足冷却时间后检测是否达到点火循环次数，如果不满足则执行步骤二，如果满足则结束点火操作；
步骤四，关断阴极加热电源和点火电源后，依次关断阴极加热电源和点火电源的另一路输出，阳极电源和供电母线，结束点火操作。
2.根据权利要求1所述的一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，其特征在于，
霍尔电源处理单元包括阳极电源、阴极加热电源和点火电源；
阳极电源的输出经过滤波模块中的滤波电路后，输出正连接到霍尔电推进器中的阳极，输出负连接到霍尔电推进器中的磁铁极正端；
阴极加热电源的输出正通过电子开关转变为两路阴极输出正；两路输出正分别对应连接到霍尔电推进器中冗余设计的两个阴极加热器上；
点火电源的输出正通过电子开关转变为两路点火输出正；两路点火输出正分别对应连接到霍尔电推进器中冗余设计的两个阴极的点火极上；
阴极加热电源的输出负和点火电源的输出负，以及霍尔电推进器中磁铁极的负端和阴极加热器的负端短接相连作为公共负端；
控制单元用于分别对阳极电源、阴极加热电源和点火电源进行数据采样和使能控制。
3.根据权利要求2所述的一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，其特征在于，霍尔电源处理单元的输入端连接一次侧功率母线的输出。
4.根据权利要求3所述的一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，其特征在于，阳极电源模块、阴极加热电源模块和点火电源模块用于将一次功率母线的电压转分别换成霍尔电推进器阳极需要的高压恒压源、阴极加热器需要的恒流源和点火极需要的高压脉冲恒流源。
5.根据权利要求2所述的一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，其特征在于，所述的阳极电源包括分别进行采样且并联设置的阳极电源Ⅰ和阳极电源Ⅱ。
6.根据权利要求2所述的一种空间飞行器霍尔电推进器供电控制方法，其特征在于，所述的控制单元还用于对设置在阴极加热电源和点火电源输出的电子开关进行控制。
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