CN106325148B - 一种伺服系统用转电分离控制与检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转电分离控制与检测电路，包括ARM微控制器电路、软件指令接收电路、硬件指令接收电路、转电控制电路、转电输出电路与转电检测电路；所述ARM微控制器电路接收软件指令接收电路或硬件指令接收电路发送的转电控制指令，并根据转电控制指令生成转电控制信号，并将转电控制信号发送给转电控制电路；接收所述转电检测电路发送的检测结果，判断检测是否成功，如果转电成功，则准备执行分离动作；如果转电不成功，则判断执行转电次数，如果次数小于等于3，则重新执行转电，如果次数大于3，则准备执行分离动作。本发明实现了转电后的检测功能，通过采集转电输出端的电压，检测转电是否成功并可重复转电，增加转电可靠性和可测试性。

Description

一种伺服系统用转电分离控制与检测电路

技术领域

本发明涉及一种伺服系统用转电分离控制与检测电路，属于伺服领域。

背景技术

两级及以上的多级火箭在飞行过程中，由各级伺服系统控制方向舵偏转或者发动机喷管摆动以维持姿态稳定，在助推子级完成工作后，需脱离火箭本体，在分离过程中，为防止助推子级姿态失控，需保持其伺服系统继续工作。一般在多级火箭中，各子级伺服系统的控制电全部由最上面级系统控制电电池提供，各级伺服机构的功率电由各级功率电池分别提供，为保证分离后不产生碰撞，分离时，助推子级需以最快速度调整姿态偏离上面级并保持姿态稳定，这就要求助推子级伺服系统在分离后继续实现闭环控制，但来自最上面级的系统控制电已经断开，因此要求分离时助推子级的伺服系统控制电切转为自身功率电提供。如何有效地控制转电，保证转电的可靠性是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种伺服系统用完成分离转电功能的高可靠电路，实现分离时的转电与检测。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种转电分离控制与检测电路，包括ARM微控制器电路、软件指令接收电路、硬件指令接收电路、转电控制电路、转电输出电路与转电检测电路；

所述软件指令接收电路，接收控制系统发送的转电控制指令，并发送给ARM微控制器电路；

所述硬件指令接收电路，接收控制系统发送的硬件触发的转电控制指令，并发送给ARM微控制器电路；

所述转电控制电路接收所述ARM微控制器电路发送的转电控制信号，并控制转电输出电路关闭转电或执行转电；

所述转电输出电路控制输出伺服系统供电；

所述转电检测电路检测转电输出电路的转电输出电压，并将检测结果发送给ARM微控制器电路；

所述ARM微控制器电路接收软件指令接收电路或硬件指令接收电路发送的转电控制指令，并根据转电控制指令生成转电控制信号，并将转电控制信号发送给转电控制电路；接收所述转电检测电路发送的检测结果，判断检测是否成功，如果转电成功，则准备执行分离动作；如果转电不成功，则判断执行转电次数，如果次数小于等于3，则重新执行转电，如果次数大于3，则准备执行分离动作。

优选的，所述硬件指令接收电路具体组成如下：电阻R1的一端连接指令接收端，另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，当控制系统发送的硬件触发的转电控制指令时，指令接收端输出28V电压；电容C1与电阻R2并联，二极管D1的阴极连接电阻R2的一端，二极管D1的阳极连接电阻R2的另一端；光耦U1的正输入端连接R2的一端，光耦U1的负输入端连接R2的另一端；光耦U1的负输出端输出信号给ARM微控制器电路，电阻R3和电容C3并联连接在光耦U1的负输出端与地之间。

优选的，所述转电控制电路具体组成如下：

第一指令接收端接收ARM微控制器电路发送的转电控制信号，并依次发送给第一放大电路和第一隔离电路，经放大隔离后，控制磁保持继电器的正向加电端；

第二指令接收端接收ARM微控制器电路发送的转电控制信号，并依次发送给第二放大电路和第二隔离电路，经放大隔离后，控制磁保持继电器的反向加电端；

磁保持继电器触点控制转电输出电路，当转电控制信号为执行转电时，磁保持继电器的正向加电端通电，磁保持继电器的触点控制转电输出电路输出伺服系统供电；当转电控制信号为关闭转电时，磁保持继电器的反向加电端通电，磁保持继电器的触点控制转电输出电路关闭伺服系统供电。

优选的，所述转电检测电路具体组成如下：电阻R4的一端连接转电输出电路的电压输出端，另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，电容C4与电阻R5并联，二极管D2的阴极连接电阻R5的一端，二极管D2的阳极连接电阻R5的另一端；光耦U2的正输入端连接R5的一端，光耦U2的负输入端连接R5的另一端；光耦U2的负输出端发送的检测结果给ARM微控制器电路，电阻R6和电容C6并联连接在光耦U2的负输出端与地之间。

同时提供给一种基于所述电分离控制与检测电路执行转电的方法，包括如下步骤：

(1)转电分离控制与检测电路上电工作，ARM微控制器电路控制关闭转电输出电路；

(2)ARM微控制器电路循环读取软件指令接收电路发送的转电控制指令，当转电控制指令为转电时，输出转电信号至所述转电控制电路；ARM微控制器电路接收当所述硬件指令接收电路发送的转电控制指令，当转电控制指令为执行转电时，输出转电信号至所述转电控制电路；

(3)所述转电控制电路控制输出伺服系统供电；

(4)所述转电检测电路检测转电输出电路的转电输出电压，并将检测结果发送给ARM微控制器电路；

(5)ARM微控制器电路接收所述转电检测电路发送的检测结果，判断检测是否成功，如果转电成功，则准备执行分离动作；如果转电不成功，则判断执行转电次数，如果次数小于等于3，则重新执行转电，如果次数大于3，则准备执行分离动作。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明电路可实现软件指令或者硬件指令均触发转电控制，二者互为冗余设计，可靠性高。

(2)本发明硬件转电指令和转电检测信号通过光耦隔离转换为TTL电平输送至ARM微控制器，ARM微控制器发出的控制信号经光耦隔离放大后驱动继电器开关控制转电输出，转化控制电和原控制电采用二极管隔离，抗干扰性好。

(3)本发明通过调节硬件指令接收电路前端的限流电阻，可适应不同电压范围的硬件指令，通过把软件指令接收电路和ARM微控制器不同的总线接口相连，可接收不同通信总线形式的软件指令，可将不同电压值的功率电转为需要的不同电压值的控制电，通用性好。

(4)本发明实现了转电后的检测功能，通过采集转电输出端的电压，检测转电是否成功并可重复转电，增加转电可靠性和可测试性。

(5)本发明电路利用伺服控制器本身的控制芯片，实现了和伺服控制器的整体设计，集成度高，容易实现。

附图说明

图1为本发明的转电分离控制与检测电路原理框图；

图2为本发明的硬件指令接收电路原理图；

图3为本发明的转电控制电路原理图；

图4为本发明的转电检测电路原理图；

图5为本发明的控制流程方法与流程框图。

具体实施方式

实现本发明目的的技术方案：一种转电分离控制与检测电路，该电路包括ARM微控制器电路、软件指令接收电路、硬件指令接收电路、转电控制电路、转电输出电路与转电检测电路。软件指令接收电路和硬件指令接收电路的输出端和ARM微控制器电路的输入端相连，转电控制电路的输入端和ARM微控制器电路的输出端相连，转电控制电路的输出端和转电输出电路的输入端相连，转电输出电路的输出端和转电检测电路的输入端相连，转电检测的输出端和ARM微控制器电路的输入端相连。

控制系统通过软件指令接收电路或者硬件指令接收电路向ARM微控制器电路发送转电指令，软件指令和硬件指令功能一致，互为冗余设计，软件指令通过通信总线发送至ARM微控制器电路，硬件指令为高压脉冲信号，通过光耦隔离发送至ARM微控制器电路；ARM微控制器电路接收到转电指令后，通过转电控制电路控制转电输出电路输出，转电控制电路通过将ARM微控制器电路发出的控制信号放大隔离后驱动继电器开关，实现控制转电输出电路；转电检测电路通过检测转电输出电路的输出端确定转电是否成功，转电检测电路将转电输出电路的输出电压经光耦隔离转换后送至ARM微控制器电路检测转电是否成功。

如图1所示，本发明电路包括ARM微控制器电路、软件指令接收电路、硬件指令接收电路、转电控制电路、转电输出电路与转电检测电路。软件指令接收电路2和硬件指令接收电路3的输出端和ARM微控制器电路4的输入端相连，转电控制电路5的输入端和ARM微控制器电路4的输出端相连，转电控制电路5的输出端和转电输出电路6的输入端相连，转电输出电路6的输出端和转电检测电路7的输入端相连，转电检测电路7的输出端和ARM微控制器电路4的输入端相连。

ARM微控制器4通过软件指令接收电路2和硬件指令接收电路3接收来自控制系统1的转电指令，软件指令和硬件指令互为冗余设计，均可触发转电。ARM微控制器4接收到转电指令后，发出控制信号，经转电控制电路5放大隔离并驱动继电器开关，进而控制转电输出电路6将功率电转化为控制电输出，转电检测电路7通过隔离采集转电输出电路6的输出电压并转化为TTL电平输出至ARM微控制器4，确认是否转电成功。

如图2所示，硬件指令接收电路3由电阻R1、R2，电容C1，二极管D1，光耦U1，电容C2、C3和电阻R3构成。28VFL硬件指令信号为高压信号，ARM微控制器只能接收TTL电平信号，为避免干扰，需要进行光耦隔离。光耦U1的源边输入电流大约在10mA左右，光耦U1输入端接入R1和R2电阻进行限流，C1电容进行高频滤波，二级管D1防止光耦U1被反向击穿。光耦副边引脚4接3.3VTTL电平，当28VFL硬件指令信号到来，光耦导通，R3电阻对地有一个TTL高电平信号S1输出给ARM微控制器，C2和C3为高频滤波电容，去除毛刺。

如图3所示,转电控制电路由电阻R7、R9，场效应管Q1，电阻R11，电容C7,二极管D3，电阻R8、R10，场效应管Q2，电阻R12，电容C8，二极管D4，双通道光耦U3，磁保持继电器U4，电阻R13、R14和二极管D5、D6构成。转电输出电路由转电电源模块U5和二极管D7、D8构成。转电电源模块U5的输入端引脚8和引脚7分别接功率电正和功率电地，输出端引脚4经隔离二极管D8输出电压+YJ28V，+YJ28V和原控制电+28V经隔离二极管D7相连，禁止端引脚1和输入功率地经转电控制电路中的磁保持继电器U4相连。ARM微控制器的控制输出信号SEPSOUT1和SEPSOUT2驱动电流有限，不能直接驱动光耦U3导通，需使用场效应管Q1和Q2进行放大，电阻R7、R9和电阻R8、R10为场效应管导通限流电阻，电阻R9和R10为场效应关断卸荷电阻，电容C7、C8为滤波电容，二级管D3和D4防止光耦U3被反向击穿。当SEPSOUT1输出高电平时，光耦U3的6-5通道导通，继电器引脚8、3和引脚5、9导通，转电输出电路中转电电源模块禁止端引脚1悬空，使能转电输出；当SEPSOUT2输出高电平时，光耦U3的8-7通道导通，继电器引脚8、3和引脚4、10导通，转电输出电路中转电电源模块禁止端引脚1和输入功率地导通，转电输出禁止。二级管D5、D6为继电器线圈关断时提供续流路径，电阻R13、R14为继电器线圈限流电阻。

如图4所示，转电检测电路7由电阻R4、R5，电容C4，二极管D2，光耦U2，电容C5、C6和电阻R6构成。转电电路输出电压+YJ28V为高压信号，ARM微控制器只能接收TTL电平信号，为避免干扰，需要进行光耦隔离。光耦U2的源边输入电流大约在10mA左右，光耦U2输入端接入R4和R5电阻进行限流，C4电容进行高频滤波，二级管D2防止光耦U2被反向击穿。光耦副边引脚4接3.3V TTL电平，当转电成功时，光耦导通，R6电阻对地有一个TTL高电平信号S2输出给ARM微控制器，C5和C6为高频滤波电容，去除毛刺。

如图5所示，当伺服系统控制器上电时，初始化过程中进行一次转电输出关闭的操作，确保在收到转电分离指令之前，伺服控制器单独使用系统控制电工作，然后在每个闭环周期中循环读取指令，如果收到转电指令，则进行转电，完成转电后，读取微控制器芯片转电测试引脚的状态判断是否为转电成功，若成功，则准备执行分离动作；失败则重新进行转电操作，最多不超过3次，若还是失败，则结束转电，按流程准备执行分离动作。

若由硬件转电指令触发转电控制，首先对隔离转换后的硬件转电信号滤波，若确定为转电信号，则进行转电，流程和上面一致。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种转电分离控制与检测电路，其特征在于：包括ARM微控制器电路、软件指令接收电路、硬件指令接收电路、转电控制电路、转电输出电路与转电检测电路；

所述软件指令接收电路，接收控制系统发送的转电控制指令，并发送给ARM微控制器电路；

所述硬件指令接收电路，接收控制系统发送的硬件触发的转电控制指令，并发送给ARM微控制器电路；

所述转电控制电路接收所述ARM微控制器电路发送的转电控制信号，并控制转电输出电路关闭转电或执行转电；

所述转电输出电路控制输出伺服系统供电；

所述转电检测电路检测转电输出电路的转电输出电压，并将检测结果发送给ARM微控制器电路；

所述ARM微控制器电路接收软件指令接收电路或硬件指令接收电路发送的转电控制指令，并根据转电控制指令生成转电控制信号，并将转电控制信号发送给转电控制电路；接收所述转电检测电路发送的检测结果，判断检测是否成功，如果转电成功，则准备执行分离动作；如果转电不成功，则判断执行转电次数，如果次数小于等于3，则重新执行转电，如果次数大于3，则准备执行分离动作。

2.如权利要求1所述的转电分离控制与检测电路，其特征在于，所述硬件指令接收电路具体组成如下：电阻R1的一端连接指令接收端，另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，当控制系统发送的硬件触发的转电控制指令时，指令接收端输出28V电压；电容C1与电阻R2并联，二极管D1的阴极连接电阻R2的一端，二极管D1的阳极连接电阻R2的另一端；光耦U1的正输入端连接R2的一端，光耦U1的负输入端连接R2的另一端；光耦U1的负输出端输出信号给ARM微控制器电路，电阻R3和电容C3并联连接在光耦U1的负输出端与地之间。

3.如权利要求1所述的转电分离控制与检测电路，其特征在于，所述转电控制电路具体组成如下：

第一指令接收端接收ARM微控制器电路发送的转电控制信号，并依次发送给第一放大电路和第一隔离电路，经放大隔离后，控制磁保持继电器的正向加电端；

第二指令接收端接收ARM微控制器电路发送的转电控制信号，并依次发送给第二放大电路和第二隔离电路，经放大隔离后，控制磁保持继电器的反向加电端；

磁保持继电器触点控制转电输出电路，当转电控制信号为执行转电时，磁保持继电器的正向加电端通电，磁保持继电器的触点控制转电输出电路输出伺服系统供电；当转电控制信号为关闭转电时，磁保持继电器的反向加电端通电，磁保持继电器的触点控制转电输出电路关闭伺服系统供电。

4.如权利要求1所述的转电分离控制与检测电路，其特征在于，所述转电检测电路具体组成如下：电阻R4的一端连接转电输出电路的电压输出端，另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接地，电容C4与电阻R5并联，二极管D2的阴极连接电阻R5的一端，二极管D2的阳极连接电阻R5的另一端；光耦U2的正输入端连接R5的一端，光耦U2的负输入端连接R5的另一端；光耦U2的负输出端发送的检测结果给ARM微控制器电路，电阻R6和电容C6并联连接在光耦U2的负输出端与地之间。

5.一种基于权利要求1所述转电分离控制与检测电路执行转电的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)转电分离控制与检测电路上电工作，ARM微控制器电路控制关闭转电输出电路；

(2)ARM微控制器电路循环读取软件指令接收电路发送的转电控制指令，当转电控制指令为转电时，输出转电信号至所述转电控制电路；ARM微控制器电路接收当所述硬件指令接收电路发送的转电控制指令，当转电控制指令为执行转电时，输出转电信号至所述转电控制电路；

(3)所述转电控制电路控制输出伺服系统供电；

(4)所述转电检测电路检测转电输出电路的转电输出电压，并将检测结果发送给ARM微控制器电路；

(5)ARM微控制器电路接收所述转电检测电路发送的检测结果，判断检测是否成功，如果转电成功，则准备执行分离动作；如果转电不成功，则判断执行转电次数，如果次数小于等于3，则重新执行转电，如果次数大于3，则准备执行分离动作。