CN106787974A - 一种片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，以冗余的FPGA芯片为核心部件，其外围叠加电源、三相桥芯片、固体继电器、A/D采样器、主备切换电路以及必要接口电路，在一片PCB中实现全部的双通道电动伺服机构控制算法，实现双机冗余备份。本发明用于航天领域多星发射上面级项目中的发动机姿态控制，通过本发明能够在一块单板中实现双机备份的双通道电动伺服机构控制电路，具备可靠性高、在轨工作时间长、故障恢复和切换速度快的优点。
Description
技术领域
本发明一种电动伺服机构控制电路，应用于航天领域的YZ-3多星发射上面级型号中。
背景技术
目前，用于航天领域多星发射上面级项目中的电动伺服机构控制电路，存在着可靠性差、在轨工作短、功耗高、效率低、重量大的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，实现上面级发动机的姿态控制，具备可靠性高、在轨时间长、故障切换速度快等。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，以冗余的FPGA芯片为核心部件，其外围叠加电源、三相桥芯片、固体继电器、A/D采样器、主备切换电路以及必要接口电路，在一片PCB中实现全部的双通道电动伺服机构控制算法，实现双机冗余备份。
设置的冗余备份包括主备二次电源、主备FPGA芯片、主备接口、主备A/D转换器以及主备模拟前端，冗余备份通过主备切换电路完成切换。
FPGA芯片中预先编制好并烧录程序，包含了接口指令、PID控制算法、A/D采样控制的程序，即能够按照指令同时完成两台上面级电动伺服机构的姿态控制。
FPGA芯片内置运算单元实现控制算法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明所提供的双冗余双通道电动伺服控制电路，用于航天领域多星发射上面级项目中的发动机姿态控制，通过本发明能够在一块单板中实现双机备份的双通道电动伺服机构控制电路，具备可靠性高、在轨工作时间长、故障恢复和切换速度快的优点。
本发明控制电路，60h可靠性预计值0.9999(置信度0.7)，可靠性高，实时性好，片上集成度高，重量轻，能够满足长时间的在轨运行，出现故障时可实现主备机快速切换。
由于在单板电路中实现了完整的A/D控制、PID算法、CPU接口等功能，因而具备较快的控制周期(2ms位置环0.4ms电流环)、较高的动态特性、和较低的重量(双机小于1Kg)、较低的功耗特性(双机工作时功耗小于5W)、较低的电路故障率、同时具备较好的经济性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明控制电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，在一块PCB中实现了双机冗余的电动伺服控制电路，设计方案中以冗余的FPGA为核心部件，通过外围叠加电源电路、A/D采样器、三相桥芯片、固体继电器、主备切换电路，以及必要的接口电路等实现一个完整的电动伺服机构控制电路。
其中，将FPGA电路、A/D采样器电路、切换电路进行双机冗余备份，通过主备电路故障切换功能，满足在轨切换、高可靠工作、成本经济的要求。
图1所示本发明实施例，为航天领域XX-3多星发射上面级项目中，通过本发明中的电路设计，较好地满足了该项目的指标和要求。
该控制电路由主备二次电源、主备FPGA、晶振、三相桥电路、继电器电路、主备A/D电路、主备模拟前端电路等组成。
通过选择反熔丝FPGA芯片连接三相桥电路、A/D采样器、固体继电器、以及内总线接口等电路。反熔丝FPGA芯片中预先编制好并烧录程序，包含了接口指令、PID控制算法、A/D采样控制的程序之后，即能够按照指令同时完成两台上面级电动伺服机构的姿态控制。
表1为本发明一实施例与现有设计的比较：
表1
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (4)
1.一种片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，其特征在于，以冗余的FPGA芯片为核心部件，其外围叠加电源、三相桥芯片、固体继电器、A/D采样器、主备切换电路以及必要接口电路，在一片PCB中实现全部的双通道电动伺服机构控制算法，实现双机冗余备份。
2.根据权利要求1所述的片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，其特征在于，设置的冗余备份包括主备二次电源、主备FPGA芯片、主备接口、主备A/D转换器以及主备模拟前端，冗余备份通过主备切换电路完成主机备机的切换。
3.根据权利要求2所述的片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，其特征在于，FPGA芯片中预先编制好并烧录程序，包含了接口指令、PID控制算法、A/D采样控制的程序，即能按照指令同时完成两台上面级电动伺服机构的姿态控制。
4.根据权利要求1所述的片上双机冗余双通道电动伺服机构控制电路，其特征在于，FPGA芯片内置运算单元实现控制算法。
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Country Status (1)
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