CN106406076A - 一种运载火箭冗余时序控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运载火箭热试车控制系统，由后端测试设备、前端测试设备和箭上系统设备组成，其中后端测试设备与前端测试设备通过以太网进行数据通信，前端测试设备与箭上系统设备主要通过1553B总线进行数据通信；后端测试设备根据测试流程向前端测试设备发出控制指令，前端测试设备接收执行或转发至箭上系统设备执行，前端测试设备同时采集自身和箭上系统设备的反馈信号，发送至后端测试设备上进行显示。本发明的运载火箭热试车控制系统具有数字化、智能化、集成化和通用化的特点。

Description

一种运载火箭冗余时序控制系统

技术领域

本发明涉及运载火箭控制系统领域，具体涉及一种运载火箭热试车控制系统。

背景技术

运载火箭是航天活动的基础，为确保动力系统设计方案的正确性和协调性，在型号研制阶段需要进行热试车试验，热试车试验是动力系统最接近飞行状态的试验，一般以子级热试车形式进行，为完成动力系统点火和关机等控制，控制系统需要参与其中。

与飞行试验控制系统不同的是，热试车试验控制系统的功能主要是实现时序控制和伺服控制，无制导导航和姿态控制需求，因此如直接采用飞行试验的控制系统参与热试车试验，主要存在以下缺点：

1）系统组成复杂，集成化水平低

飞行试验控制系统组成相对复杂，箭上和地面均设有集中控制单元，测试发射过程中需进行控制权限的切换，地面设备相对较为庞大，地面网路构架庞杂，集成化水平还有待提高，使用飞行试验的控制系统将明显加大热试车试验的复杂性，不利于热试车试验工作的研制进展；

2）测试流程复杂

由于系统组成复杂，其测试流程也相对较为繁琐，测试灵活性有待提高，测试流程的优化存在困难，而在以动力系统为主的热试车试验中，电气系统的测试流程应尽量简单快速；

3）经济性差

由于在研制过程中一般飞行试验产品和子级热试车工作均为并行开展，同时各子级热试车之间也会并行开展，这就需要多套控制系统设备，而如全部采用飞行试验产品，研制周期长且价格昂贵，经济性差。

运载火箭热试车试验主要用于对动力系统进行考核，控制系统参与进行时序控制和伺服控制，功能相对简单，应秉承简单可靠的原则，系统组成、测试流程应尽量简单，测试设备应尽量小型化便于转运，同时可以适用于各子级热试车试验，因此有必要研制一种数字化、智能化、集成化和通用化的运载火箭热试车控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭热试车控制系统，以提高热试车控制系统的数字化、智能化、集成化和通用化水平。

为了实现上述目的，本发明提供一种运载火箭热试车控制系统，包括：后端测试设备、前端测试设备和箭上系统设备，其中，所述后端测试设备与所述前端测试设备通过以太网进行数据通信，所述前端测试设备与所述箭上系统设备通过1553B总线进行数据通信。

所述后端测试设备根据测试流程向所述前端测试设备发出控制指令，所述前端测试设备接收执行或转发至所述箭上系统设备执行，所述前端测试设备同时采集自身和所述箭上系统设备的反馈信号，发送至所述后端测试设备上进行显示。

所述后端测试设备包括后端控制主机、后端显示终端，其中：

所述后端控制主机根据测试流程，通过以太网向所述前端测试设备发出控制指令，控制箭上母线通断电、单机自检测、伺服摇摆和箭上时序动作；

所述后端显示终端接收所述前端测试设备发出的1553B总线源码消息和时序测试信号，解码后进行显示和实时判读。

所述前端测试设备均采用Vxworks实时操作系统，包括前端控制终端、前端地面电源、前端总线监视终端和前端时序测试终端，其中：

所述前端控制终端接收所述后端控制主机发出的供电控制指令，向所述前端地面电源发出通断电控制指令，接收所述后端控制主机的点火和紧急关机指令，依据热试车时序作为总线控制器通过1553B总线向所述箭上系统设备发出伺服动作信号和关机等信号，通过模拟电缆向所述箭上系统设备发出点火及紧急关机等信号；

所述前端地面电源接收所述前端控制终端发出的通断电指令，控制内部电源输出或断开，实现对所述箭上系统设备的上下电控制；

所述前端总线监视终端作为1553B总线中的总线监视器，对1553B总线上的数据进行监视并通过以太网发送至所述后端显示终端进行显示；

所述前端时序测试终端采集所述箭上系统设备中的时序信号，通过以太网发送至所收后端显示终端进行显示。

所述箭上系统设备通过1553B总线进行数据通信，包括综合控制器、电阻盒、伺服控制器和伺服机构，其中：

所述综合控制器接收所述前端控制终端的点火和关机信号，根据预设的热试车程序进行对应的时序通路输出，经所述电阻盒至外部时序负载，实现外部发动机的点火和关机动作；

所述电阻盒用于对外部时序负载进行限流和消反电动势；

所述伺服控制器接收所述前端控制终端的伺服动作信号，向所述伺服机构发出控制指令，所述伺服机构进行摇摆动作带动外部发动机动作。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明前端设备采用Vxworks实时操作系统，使得前端设备体积大大减小，集成化程度高，所有前端设备均集成至一个标准机柜中，方便搬运，且系统实时性好，有效提高了地面测试设备的机动性和实时性；

2）本发明中箭上各智能单机之间及与地面控制终端之间使用1553B总线进行通信，各单机均内置CPU具有独立自主控制的能力，有效减小了箭上设备和地面设备组成的复杂度，简化了箭地接口，提高了控制系统的智能化设数字化水平，便于系统的维护和升级；

3）本发明采用前后端控制模式进行测试点火控制，后端主机作为测试流程的统一调度中心，前端控制终端作为测试流程的转发中心，通过前后端联合控制的模式大大简化了系统组成；

4）本发明中的箭地接口采用了通用化设计，地面设备可适用于各子级热试车试验，箭上时序控制设备可根据情况进行选配，伺服控制设备根据外部发动机需求进行配置，整套控制系统适应性强；

5）本发明的运载火箭热试车控制系统具有数字化、智能化、集成化和通用化的特点，具有较强的灵活性和适应性。

附图说明

图1是本发明实施例的热试车控制系统的结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明的运载火箭热试车控制系统作进一步的详细描述。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1所示，本发明提供的一种运载火箭热试车控制系统，包括后端测试设备、前端测试设备、箭上系统设备，其中，所述后端测试设备与所述前端测试设备通过以太网进行数据通信，所述前端测试设备与所述箭上系统设备通过1553B总线进行数据通信。

所述后端测试设备根据测试流程向所述前端测试设备发出控制指令，所述前端测试设备接收执行或转发至所述箭上系统设备执行，实现箭上时序控制和伺服动作，所述前端测试设备同时采集自身和所述箭上系统设备的反馈信号，发送至所述后端测试设备上进行显示。

所述后端测试设备包括后端控制主机101、后端显示终端102，其中：

所述后端控制主机101根据测试流程，通过以太网向所述前端测试设备发出指令，指令包括箭上母线上下电、单机自检测命令、点火、紧急关机等，控制箭上系统通断电、伺服摇摆和箭上时序动作；

所述后端显示终端102接收所述前端测试设备发送的箭地1553B总线源码消息、时序测试信号和地面电源采样数据，解码后进行显示和实时判读，实时判读内容包括时序指令、单机状态及电源电压等。

所述前端测试设备均采用Vxworks实时操作系统，包括前端控制终端201、前端地面电源202、前端总线监视终端203和前端时序测试终端204，其中：

所述前端控制终端201接收所述后端控制主机101发出的供电控制指令，向所述前端地面电源202发出通断电控制指令，所述前端地面电源202接收所述前端控制终端201发出的通断电指令，控制内部电源输出或断开，实现对箭上母线的上下电控制；

所述前端控制终端201接收所述后端控制主机101发出的单机自检测指令，通过1553B总线向所述箭上系统设备发出自检命令，并监测1553B总线消息获取自检状态进行显示；

所述前端控制终端201接收所述后端控制主机101的点火指令，通过1553B总线向箭上系统设备发出点火指令，控制发动机点火，并依据热试车时序定时通过1553B总线向所述箭上系统设备发出伺服动作信号和关机等信号，控制伺服机构摇摆和发动机关机；

所述前端总线监视终端203作为1553B总线中的总线监视器，对1553B总线上的数据进行监视并通过以太网发送至所述后端显示终端102；

所述前端时序测试终端204采集所述箭上系统设备中的时序信号，时序信号包括时串测试信号、电磁阀电流波形采样信号、电爆电路监测信号，并通过以太网发送至所收后端显示终端102。

所述箭上系统设备通过1553B总线进行数据通信，包括综合控制器301、电阻盒302、伺服控制器303和伺服机构304，其中：

所述综合控制器301内采用固态继电器采用串并联冗余设计，接收所述前端控制终端201的点火和关机信号，根据预设的热试车程序控制对应的时序通路输出或断开，经所述电阻盒302至外部时序负载，实现外部发动机的点火和关机动作；

所述电阻盒302用于在外部时序控制负载中电磁阀断开瞬间向感性负载产生的反向电动势提供释放回路和通过调整限流电阻阻值以使外部时序控制负载中火工品两端通过的电流满足发火要求；

所述伺服控制器303接收所述前端控制终端201的伺服动作信号，向所述伺服机构304发出伺服控制指令，所述伺服机构304进行摇摆动作带动外部发动机摆动。

本发明提供的运载火箭热试车控制系统的工作原理为：后端控制主机根据点火工作流程，依次通过以太网向前端发出箭上母线上电、单机自检测、点火、箭上母线下电等指令；前端测试设备根据以上流程指令，分别控制地面电源向箭上设备进行上电、组织箭上单机自检测，并向箭上综合控制器发出点火信号控制发动机点火，点火后定时向伺服控制器发出伺服动作信号控制伺服机构摆动，定时向综合控制器发出关机信号控制发动机关机；前端测试设备对地面电源电压电流信号、时序测试信号及1553B总线数据进行采样，通过以太网发送至后端显示终端进行解码显示和实时判读，供测试人员使用。

本发明的运载火箭热试车控制系统具有数字化、智能化、集成化和通用化的特点，具有较强的灵活性和适应性。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种运载火箭热试车控制系统，其特征在于，包括：后端测试设备、前端测试设备和箭上系统设备；

所述后端测试设备与所述前端测试设备通过以太网进行数据通信；

所述前端测试设备与所述箭上系统设备通过1553B总线进行数据通信；

所述后端测试设备根据测试流程向所述前端测试设备发出控制指令，所述前端测试设备接收执行或转发至所述箭上系统设备执行，所述前端测试设备同时采集自身和所述箭上系统设备的反馈信号，发送至所述后端测试设备上进行显示。

2.如权利要求1所述的一种运载火箭热试车控制系统，其特征在于，所述后端测试设备包括后端控制主机、后端显示终端；

所述后端控制主机根据测试流程，通过以太网向所述前端测试设备发出控制指令，控制箭上母线通断电、单机自检测、伺服摇摆和箭上时序动作；

所述后端显示终端接收所述前端测试设备发出的1553B总线源码消息和时序测试信号，解码后进行显示和实时判读。

3.如权利要求1所述的一种运载火箭热试车控制系统，其特征在于，所述前端测试设备均采用Vxworks实时操作系统，包括前端控制终端、前端地面电源、前端总线监视终端和前端时序测试终端；

所述前端控制终端接收所述后端控制主机发出的供电控制指令，向所述前端地面电源发出通断电控制指令；接收所述后端控制主机的点火和紧急关机指令，依据热试车时序作为总线控制器通过1553B总线向所述箭上系统设备发出伺服动作信号和关机等信号；通过模拟电缆向所述箭上系统设备发出点火及紧急关机等信号；

所述前端地面电源接收所述前端控制终端发出的通断电指令，控制内部电源输出或断开，实现对箭上母线的上下电控制；

所述前端总线监视终端作为1553B总线中的总线监视器，对1553B总线上的数据进行监视并通过以太网发送至所述后端显示终端进行显示；

所述前端时序测试终端采集所述箭上系统设备中的时序信号，通过以太网发送至所收后端显示终端进行显示。

4.如权利要求1所述的一种运载火箭热试车控制系统，其特征在于，所述箭上系统设备包括综合控制器、电阻盒、伺服控制器和伺服机构；

所述综合控制器接收所述前端控制终端的点火和关机信号，根据预设的热试车程序进行对应的时序通路输出，经所述电阻盒至外部时序负载，实现外部发动机的点火和关机动作；

所述电阻盒用于对外部时序负载进行限流和消反电动势；

所述伺服控制器接收所述前端控制终端的伺服动作信号，向所述伺服机构发出控制指令，所述伺服机构进行摇摆动作带动外部发动机动作。