CN109782579A - 一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供有一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统。基于分布式控制系统的设计，由数据总线代替集中控制系统中数量众多的穿舱电缆，能够显著地减少运载火箭上电缆分布支数和重量。还由于引入了终端计算机和总线设计，不仅降低了主控计算机的计算和测控压力，也提高了系统可扩展性。此外，基于冗余架构的分布式控制系统的设计中，还通过多路总线结构实现了主控计算机与备份主控计算机、终端计算机与备份终端计算机的冗余控制，大大地提高系统的可靠性。
Description
技术领域
本公开一般涉及运载火箭控制技术领域，具体涉及基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统。
背景技术
传统运载火箭一般采用集中式控制系统，所有测量和控制功能均由一台主控计算机发出。主控计算机接收惯性器件以及其他传感器的信息，完成各种控制运算后，输出控制指令到各个时序系统和执行机构。
对于复杂的多级运载火箭，各个舱段均有较多的控制设备，请参考图1所示的集中式运载火箭控制系统原理框图。如果全部由主控计算机来完成控制，单台计算机的计算量较大，而且很多控制信号需要跨越多个舱段，导致箭上电缆和接插件数量较多，不仅影响火箭的运载能力，也降低了系统的可靠性。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种相较于现有技术而言，能够大幅度提高系统可靠性的基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统。
一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，包括：主控计算机和至少一个终端计算机；所述主控计算机与所述终端计算机通过总线连接；所述主控计算机包括：第一控制模块，与第一控制模块电连接的第一采集模块，第一时序模块，第一通讯模块和第一电源模块；所述终端计算机包括：第二控制模块，与第二控制模块电连接的第二采集模块，第二时序模块，第二通讯模块和第二电源模块；所述第一控制模块用于监测第二控制模块的运行状态数据；所述第一通讯模块与所述第二通讯模块通过总线连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：用于接管主控计算机控制任务的备份主控计算机；所述备份主控计算机包括：第一备控制模块，与第一备控制模块电连接的第一备采集模块，第一备时序模块，第一备通讯模块和第一备电源模块；所述第一备控制模块用于监测第一控制模块的运行状态数据，当第一备控制模块识别第一控制模块发生故障时，备份主控计算机接管主控计算机控制任务。
根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：用于接管终端计算机控制任务的备份终端计算机；所述备份终端计算机包括：第二备控制模块，与第二备控制模块电连接的第二备采集模块，第二备时序模块，第二备通讯模块和第二备电源模块；所述第二备控制模块用于监测第二控制模块的运行状态数据，当第二备控制模块识别第二控制模块发生故障时，备份终端计算机接管终端计算机控制任务。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述总线为第一总线；所述第一总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述总线有两条，为第一总线和第二总线；所述第一总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接；所述第二总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接。
综上所述，本申请提供有一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统。基于分布式控制系统的设计，由数据总线代替集中控制系统中数量众多的穿舱电缆，能够显著地减少运载火箭上电缆分布支数和重量。还由于引入了终端计算机和总线设计，不仅降低了主控计算机的计算和测控压力，也提高了系统可扩展性。
此外，基于冗余架构的分布式控制系统的设计中，还通过多路总线结构实现了主控计算机与备份主控计算机、终端计算机与备份终端计算机的冗余控制，大大地提高系统的可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是现有技术中集中式运载火箭控制系统的原理框图；
图2是本申请中基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统的原理框图；
图3是图2中主控计算机和终端计算机之间的控制原理框图；
图4是本申请中基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图2所述的基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统的原理框图。
所述基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，包括：主控计算机和至少一个终端计算机；所述主控计算机与所述终端计算机通过总线连接。
请参考图2所述的原理框图，在一、二级增加了一台终端计算机，三、四级设备仍然与主控计算机相连，一、二级设备与终端计算机相连，主控计算机和终端计算机之间通过多路复用的总线连接。
请参考图3，所述主控计算机包括：第一控制模块，与第一控制模块电连接的第一采集模块，第一时序模块，第一通讯模块和第一电源模块。
其中：
第一控制模块，运行飞行核心控制软件和故障识别程序。
第一采集模块，接收与主控计算机相连的三级、四级设备内传感器信号并转化为数字量，还包括：遥测系统数据和惯性器件的相关数据。
第一时序模块，负责发出点火和分离等时序信号。
第一通讯模块，用于负责主控计算机和终端计算机之间的数据传输，以及主控计算机和箭上其他设备的数据传输。
请参考图3，所述终端计算机包括：第二控制模块，与第二控制模块电连接的第二采集模块，第二时序模块，第二通讯模块和第二电源模块。
其中：
第二控制模块，运行飞行控制软件和故障识别程序。
第二采集模块，接收与终端计算机相连的一级、二级设备内传感器信号并转化为数字量。
第二时序模块，负责发出点火和分离等时序信号。
第二通讯模块，用于负责主控计算机和终端计算机之间的数据传输，以及主控计算机和箭上其他设备的数据传输。
基于上述控制系统结构，所述第一控制模块用于监测第二控制模块的运行状态数据；所述第一通讯模块与所述第二通讯模块通过总线连接。所述终端计算机的运行状态数据，例如：第二控制模块中飞控软件运行状态和主控计算机工作电流，经由第二通讯模块或信号监测通道传输至第一通讯模块，而后第一控制模块分析终端计算机的运行状态数据是否处于正常范围。例如：第二控制模块中飞控软件运行状态和主控计算机工作电流。
当终端计算机的运行状态数据处于正常范围时，主控计算机仍旧仅仅监测终端计算机的运行状态数据；当终端计算机的运行状态数据超出正常范围时，第一控制模块中的故障识别程序发布指令，经由第一通讯模块传输至第二通讯模块，关闭终端计算机的第二控制模块，终端计算机不再具有备份功能。
而第二采集模块所采集的数据经由第二通讯模块发送至第一通讯模块，主控计算机的第一控制模块分析第二采集模块所采集的数据，得出用于控制一级、二级设备的时序信号，经由第一通讯模块发送至第二通讯模块，再经由第二时序模块发送至一级，二级设备的时序系统。
为提高上述实施例中控制系统的可靠性，请参考图4，在任一可选的实施例中，还包括：用于接管主控计算机控制任务的备份主控计算机；所述备份主控计算机包括：第一备控制模块，与第一备控制模块电连接的第一备采集模块，第一备时序模块，第一备通讯模块和第一备电源模块。
其中：
第一备控制模块，运行飞行核心控制软件和故障识别程序。
第一备采集模块，接收与主控计算机相连的三级、四级设备内传感器信号并转化为数字量，还包括：遥测系统数据和惯性器件的相关数据。
第一备时序模块，负责发出点火和分离等时序信号。
第一备通讯模块，用于负责主控计算机和终端计算机之间的数据传输，以及主控计算机和箭上其他设备的数据传输。
所述第一备控制模块用于监测第一控制模块的运行状态数据，当第一备控制模块识别第一控制模块发生故障时，备份主控计算机接管主控计算机控制任务。
为提高上述实施例中控制系统的可靠性，请参考图4，在任一可选的实施例中，还包括：用于接管终端计算机控制任务的备份终端计算机；所述备份终端计算机包括：第二备控制模块，与第二备控制模块电连接的第二备采集模块，第二备时序模块，第二备通讯模块和第二备电源模块。
其中：
第二备控制模块，运行飞行控制软件和故障识别程序。
第二备采集模块，接收与终端计算机相连的一级、二级设备内传感器信号并转化为数字量。
第二备时序模块，负责发出点火和分离等时序信号。
第二备通讯模块，用于负责主控计算机和终端计算机之间的数据传输，以及主控计算机和箭上其他设备的数据传输。
所述第二备控制模块用于监测第二控制模块的运行状态数据，当第二备控制模块识别第二控制模块发生故障时，备份终端计算机接管终端计算机控制任务。
在任一可选的实施例中，所述总线为第一总线；所述第一总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接。
为增强数据传输的可靠性，请参考图4，在任一可选的实施例中，所述总线有两条，为第一总线和第二总线；所述第一总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接；所述第二总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (5)
1.一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，其特征在于：
包括：主控计算机和至少一个终端计算机；所述主控计算机与所述终端计算机通过总线连接；
所述主控计算机包括：第一控制模块，与第一控制模块电连接的第一采集模块，第一时序模块，第一通讯模块和第一电源模块；
所述终端计算机包括：
第二控制模块，与第二控制模块电连接的第二采集模块，第二时序模块，第二通讯模块和第二电源模块；
所述第一控制模块用于监测第二控制模块的运行状态数据；所述第一通讯模块与所述第二通讯模块通过总线连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，其特征在于：还包括：用于接管主控计算机控制任务的备份主控计算机；
所述备份主控计算机包括：第一备控制模块，与第一备控制模块电连接的第一备采集模块，第一备时序模块，第一备通讯模块和第一备电源模块；
所述第一备控制模块用于监测第一控制模块的运行状态数据，当第一备控制模块识别第一控制模块发生故障时，备份主控计算机接管主控计算机控制任务。
3.根据权利要求2所述的一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，其特征在于：还包括：用于接管终端计算机控制任务的备份终端计算机；
所述备份终端计算机包括：第二备控制模块，与第二备控制模块电连接的第二备采集模块，第二备时序模块，第二备通讯模块和第二备电源模块；
所述第二备控制模块用于监测第二控制模块的运行状态数据，当第二备控制模块识别第二控制模块发生故障时，备份终端计算机接管终端计算机控制任务。
4.根据权利要求3所述的一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，其特征在于：所述总线为第一总线；所述第一总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于冗余架构的分布式运载火箭控制系统，其特征在于：所述总线有两条，为第一总线和第二总线；
所述第一总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接；
所述第二总线用于将所述第一通讯模块和第一备通讯模块共同与第二通讯模块和第二备通讯模块连接。
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