CN110654573B - 一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法 - Google Patents
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Abstract
一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，计算绝对角度数据、增量角度数据和中精码增量数据,如果绝对角度数据等于增量角度数据，则光电编码器输出绝对角度数据,如果是因为精码通道异常引起绝对角度数据不等于增量角度数据，则光电编码器输出中精码增量数据,如果是因为粗码通道或中精码通道异常引起绝对角度数据不等于增量角度数据，则光电编码器输出增量角度数据。本发明使绝对式光电编码器具备内部任意的光电管及其信号通路失效时绝对模式自主切换为增量模式的功能，实现卫星用光电编码器单点可靠性冗余，使产品可靠性得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及卫星姿轨控系统的惯性执行机构领域，尤其涉及一种控制力矩陀螺用光电编码器单点可靠性冗余技术。
背景技术
控制力矩陀螺由动量轮和框架系统组成，通过框架转动对大小恒定的角动量进行矢量指向控制，与卫星进行角动量快速交换，实现对卫星姿态机动和稳定控制的功能，具有输出力矩大、质量小、功耗低等优点。
由控制力矩陀螺工作原理可知，高精度的框架指向控制是实现控制力矩陀螺高力矩精度的关键，而框架高精度位置传感器技术的可靠直接决定了控制力矩陀螺整机产品的可靠。
控制力矩陀螺通常采用绝对式光电编码器作为其框架高精度位置传感器。控制力矩陀螺产品受空间和重量的约束，其使用的绝对式光电编码器内部光电管及其信号通路均为串联模式，可靠度偏低，存在单点失效的风险(即绝对式光电编码器内部任意的光电管及其信号通路失效就会引起整个绝对式光电编码器的信号输出异常，从而导致控制力矩陀螺产品功能失效)。
发明内容
本发明提供一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，使绝对式光电编码具备绝对模式切换增量模式的功能，实现卫星用光电编码器单点可靠性冗余，使产品可靠性得到提升。
为了达到上述目的，本发明提供一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，包含以下步骤：计算绝对角度数据、增量角度数据和中精码增量数据，如果绝对角度数据等于增量角度数据，则光电编码器输出绝对角度数据；如果是因为精码通道异常引起绝对角度数据不等于增量角度数据，则光电编码器输出中精码增量数据；如果是因为粗码通道或中精码通道异常引起绝对角度数据不等于增量角度数据，则光电编码器输出增量角度数据。
所述的绝对角度数据是将位置角度经光电转换后的粗码、中精码和精码经信号整形处理后叠加得到二进制数据。
所述的增量角度数据通过精码信号数据的增量累加得到。
所述的精码信号数据累计至360°时由光电编码器内部软件实行清零，所述的增量角度数据初始值为光电编码器上电工作时采集的绝对角度数据。
所述的中精码增量数据利用中精码中最后一位的A13A和A13B两条正交码道的4倍频增量二进制计数。
所述的中精码增量数据的初始值为光电编码器上电时采集到的绝对角度数据的前13位值。
本发明将运算得到的增量角度数据Dz和中精码增量数据D13作为绝对角度数据Dj的备份数据，用于控制力矩陀螺的闭环运算，使绝对式光电编码器具备绝对模式自主切换增量模式的功能，实现卫星用光电编码器单点可靠性冗余，使产品可靠性得到提升。
附图说明
图1是本发明提供的一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法的流程图。
图2是中精码4倍频示意图。
图3是本发明的硬件架构图。
具体实施方式
以下根据图1～图3，以某21位绝对式光电编码器的使用案例为具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，包含以下步骤：
步骤S1、计算绝对角度数据Dj(21位二进制数据)、增量角度数据Dz(21位二进制数据)和中精码增量数据D13(13位二进制数据)。
通常情况下，绝对式光电编码器作为测角组件将位置角度通过光栅实现光电转换，最终得到二进制数字输出。
所述的绝对角度数据Dj(21位二进制数据)是位置角度经光电转换后的粗码(前8位)、中精码(中5位)和精码(后8位)经信号整形处理后直接叠加得到二进制数据。
所述的增量角度数据Dz(21位二进制数据)通过精码信号数据的增量累加得到；累计至360°时由光电编码器内部软件实行清零，所述的增量角度数据Dz的初始值为光电编码器上电工作时采集的绝对角度数据。
如图2所示，所述的中精码增量数据D13(13位二进制数据)利用中精码中最后一位(即中精码中的最精位)的A13A和A13B两条正交码道(该码道刻画了2048线)的4倍频增量二进制计数，所述的中精码增量数据D13的初始值为光电编码器上电时采集到的绝对角度数据的前13位值。
步骤S2、判断绝对角度数据Dj是否等于增量角度数据Dz，若是，则光电编码器输出绝对角度数据Dj，若否，则进行步骤S3。
步骤S3、判断引起绝对角度数据Dj与增量角度数据Dz不相等的原因，如果是由精码通道异常所引起，则光电编码器输出中精码增量数据D13，如果是由粗码通道或中精码通道异常所引起，则光电编码器输出增量角度数据Dz。
具体来说，光电编码器的数据切换原则如下：光电编码器上电复位后，默认输出绝对角度数据Dj；同时，光电编码器会在内部软件的每个运算周期内比较绝对角度数据Dj与增量角度数据Dz是否相等，当Dj＝Dz时，输出绝对角度数据Dj，当Dj≠Dz时，输出数据切换到增量角度数据Dz；光电编码器输出数据切换到增量角度数据Dz后会进一步判断应该输出增量角度数据Dz还是中精码增量数据D13，如果Dj≠Dz是由于精码通道异常所引起(即增量角度数据Dz的前13位值≠中精码增量数据D13)，光电编码器的输出数据由增量角度数据Dz切换到中精码增量数据D13，如果Dj≠Dz是由于粗码通道或中精码通道异常所引起(即增量角度数据Dz的前13位值＝中精码增量数据D13)，光电编码器输出数据维持输出增量角度数据Dz。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，数据计算模块计算绝对角度数据Dj、增量角度数据Dz和中精码增量数据D13，条件判断及数据输出模块判断绝对式光电编码器内部的光电管及其信号通路是否正常，并根据判断实现数据计算模块计算得到的三组数据之间的正确切换，保证光电编码器的正常工作。数据计算模块和条件判断及数据输出模块都是通过FPGA芯片实现的，本发明仅需FPGA软件上的更新，硬件电路不变。
本发明将运算得到的增量角度数据Dz和中精码增量数据D13作为绝对角度数据Dj的备份数据，用于控制力矩陀螺框架位置或速度的闭环运算，使绝对式光电编码器具备内部任意的光电管及其信号通路失效时绝对模式自主切换为增量模式的功能，实现卫星用光电编码器单点可靠性冗余，使产品可靠性得到提升。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，其特征在于，包含以下步骤：计算绝对角度数据、增量角度数据和中精码增量数据，如果绝对角度数据等于增量角度数据，则光电编码器输出绝对角度数据；如果是因为精码通道异常引起绝对角度数据不等于增量角度数据，则光电编码器输出中精码增量数据；如果是因为粗码通道或中精码通道异常引起绝对角度数据不等于增量角度数据，则光电编码器输出增量角度数据。
2.如权利要求1所述的卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，其特征在于，所述的绝对角度数据是将位置角度经光电转换后的粗码、中精码和精码经信号整形处理后叠加得到二进制数据。
3.如权利要求1所述的卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，其特征在于，所述的增量角度数据通过精码信号数据的增量累加得到。
4.如权利要求3所述的卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，其特征在于，所述的精码信号数据累计至360°时由光电编码器内部软件实行清零，所述的增量角度数据初始值为光电编码器上电工作时采集的绝对角度数据。
5.如权利要求1所述的卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，其特征在于，所述的中精码增量数据利用中精码通道中最后一位的A13A和A13B两条正交码道的4倍频增量二进制计数。
6.如权利要求5所述的卫星用光电编码器单点可靠性冗余方法，其特征在于，所述的中精码增量数据的初始值为光电编码器上电时采集到的绝对角度数据的前13位值。
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