CN110687886B - 一种摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摆动式太阳帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，包含步骤：S1、星载计算机为驱动机构设置异常标志和故障标志；S2、星载计算机发送指令，驱动对应的太阳帆板摆动；S3、若在预设的时长内，星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构异常，若异常的驱动机构为一个，进入S4；若异常的驱动机构为两个，进入S5；S4、星载计算机判断该异常驱动机构是否发生故障；若发生故障进入S5；否则进入S2；S5、驱动器从主份线路切换到备份线路，星载计算机判断驱动机构是否发生故障，若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6；S6、星载计算机发送故障驱动机构的编号及其故障标志给地面控制中心。

Description

一种摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法

技术领域

本发明涉及空间飞行器控制领域，具体涉及对卫星摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法。

背景技术

早期卫星有效载荷容量小，精度低，控制方案简单。卫星外形结构呈圆筒状，太阳能电池贴在圆筒的外表面上。由于卫星自旋，在星体转一圈的过程中，太阳能电池只有很短一段时间与太阳光束直射。因此卫星可供有效载荷使用的电能较少。

目前的卫星，为了充分利用太阳能电池产生的电能，卫星上伸出两翼船帆似的板，板上布满了太阳能电池，这种船帆似的板被称为太阳帆板。卫星上主要通过太阳帆板对日定向来为卫星提供电源供应。随着卫星大角度机动功能的增加，为了保证能源充足，需要对太阳帆板进行一定角度的摆动控制，保证在阳照区内使太阳帆板电池阵的法线与太阳矢量的夹角不超过设定的角度，满足实际需求。

太阳帆板的驱动系统包含两种：摆动式帆板驱动系统与连续驱动的帆板驱动系统。其中摆动式帆板驱动系统包括两个太阳帆板驱动机构和一个具有主备线路的驱动器。一个所述太阳帆板驱动机构对应一翼太阳帆板，所述驱动器根据星载计算机发送的指令控制太阳帆板驱动机构，实现太阳帆板摆动；同时驱动机构还采集太阳帆板的到位信号并通过驱动器发送给星载计算机。太阳帆板摆动的角度事先确定。如图2所示，摆动式帆板具有两个零位点(第一零位和第二零位)，正常情况下，太阳帆板需要停在第一零位或第二零位处。当有驱动需求时，会驱动太阳帆板从第一零位摆动到第二零位，或驱动太阳帆板从第二零位摆动到第一零位。为了系统的安全性和可靠性，太阳帆板驱动机构还会在第一零位、第二零位附近安装限位块，防止异常驱动情况带来其他安全问题。同时，太阳帆板驱动机构还会在第一零位和第二零位分别设置零位传感器，用于检测太阳帆板的位置信息。

卫星正常飞行时，帆板驱动系统处于停转状态，这种情况只需要判断卫星是否有通讯故障。而在卫星进行机动或其他大角度工作时，需要通过星载计算机根据预置的程序对帆板驱动系统发送指令进行摆动控制。由于帆板驱动系统的正常工作对于对空间飞行器能源至关重要，因此在这种情况下需要根据接收驱动器输出的太阳帆板到位信号，判断是否正常驱动太阳帆板。

发明内容

本发明的目的是提供一种摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，能够及时判断太阳帆板驱动系统的异常和故障。并能够及时将驱动器从主份线路切换到备份线路重构太阳帆板驱动系统，提高了卫星运行的可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供一种摆动式太阳帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，太阳帆板驱动系统包含驱动器和两个驱动机构，一个驱动机构对应一翼太阳帆板，驱动机构通过驱动器信号连接星载计算机，驱动器包含主份线路和备份线路，包含步骤：

S1、星载计算机将驱动机构的异常标志和故障标志均设置为TRUE；

S2、星载计算机判断满足太阳帆板驱动条件，向驱动器发送侧视模式指令，驱动器通过驱动机构驱动对应的太阳帆板摆动；

S3、若在预设的时长ΔT₀内，星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，星载计算机判断该驱动机构发生异常，将该驱动机构的异常标志置为FALSE；若发生异常的驱动机构为一个，进入S4；若发生异常的驱动机构为两个，星载计算机将两个驱动机构的故障标志均设置为FALSE，进入S5；

S4、星载计算机判断该发生异常的驱动机构是否发生故障；若发生故障，设置该驱动机构的故障标志为FALSE，进入S5；否则设置该驱动机构的异常标志为TRUE；进入S2；

S5、驱动器从主份线路切换到备份线路，星载计算机将两个驱动机构的故障标志均设置为TRUE；星载计算机判断驱动机构是否发生故障，设置发生故障的驱动机构的故障标志为FALSE；若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6；

S6、星载计算机发送发生故障的驱动机构的编号及其故障标志给地面控制中心。

所述步骤S4具体包含：

S41、星载计算机通过驱动器发送反侧视指令给该发生异常的驱动机构；

S42、经过一个预设的时长ΔT₁，星载计算机通过驱动器发送侧视指令给该发生异常的驱动机构；

S43、继续经过一个预设的时长ΔT₂，若星载计算机未收到该发生异常的驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构发生故障，并设置该驱动机构的故障标志为FALSE，进入S5；否则设置该驱动机构的异常标志置为TRUE；进入S2。

所述步骤S5具体包含：

S51、星载计算机将两个驱动机构的异常标志均置为FALSE并向驱动器发送线路切换指令，驱动器从主份线路切换到备份线路；

S52、星载计算机通过驱动器向两个驱动机构发送反侧视指令；经过一个预设的时长ΔT₁，星载计算机通过驱动器向两个驱动机构发送侧视指令；

S53、继续经过一个预设的时长ΔT₂，若星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构发生故障，将该驱动机构的故障标志置为FALSE；若星载计算机接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，将该驱动机构的异常标志置为TRUE；

S54、若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6。

步骤S3中，预设的时长ΔT₀根据以下计算公式得到：

ΔT₀＝A₀/w₀+Δt；

其中A₀为太阳帆板摆动的角度范围，w₀为指令角速度，Δt为驱动太阳帆板从所述指令角速度w₀回转到零位所需要的最长时间。

所述预设的时长ΔT₁、ΔT₂分别根据以下计算公式得到：

ΔT₁＝B₀/w₀+Δt；ΔT₂＝ΔT₀+ΔT₁＝(A₀+B₀)/w₀+2Δt；

其中，B₀为太阳帆板零位点距离限位块的角度与零位传感器件的零位角度区域之和。

与现有技术相比，本发明的摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，能够及时判断太阳帆板驱动系统的异常和故障，并能够及时将驱动器从主份线路切换到备份线路重构太阳帆板驱动系统，提高了卫星运行的可靠性且不需要增加额外的硬件资源。本发明计算简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明的摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法流程示意图；

图2为太阳帆板零位示意图；

图中：1、限位块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

太阳帆板驱动系统包含驱动器和两个驱动机构。驱动器包含主份线路和备份线路。一个驱动机构对应一翼太阳帆板，驱动机构通过驱动器信号连接星载计算机。

本发明提供一种摆动式太阳帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，如图1所示，包含步骤：

S1、星载计算机将驱动机构的异常标志和故障标志均设置为TRUE；每个驱动机构均对应一个异常标志和一个故障标志；

S2、星载计算机判断满足太阳帆板驱动条件，向驱动器发送侧视模式指令，驱动器通过驱动机构驱动对应的太阳帆板摆动；

S3、若在预设的时长ΔT₀内，星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，星载计算机判断该驱动机构发生异常，将该驱动机构的异常标志置为FALSE；若发生异常的驱动机构为一个，进入S4；若发生异常的驱动机构为两个，星载计算机将两个驱动机构的故障标志均设置为FALSE，进入S5；所述预设的时长ΔT₀根据以下计算公式得到：

ΔT₀＝A₀/w₀+Δt；

其中A₀为太阳帆板摆动的角度范围，w₀为指令角速度，Δt为驱动太阳帆板从所述指令角速度w₀回转到零位所需要的最长时间。

S4、星载计算机判断该发生异常的驱动机构是否发生故障；若发生故障，设置该驱动机构的故障标志为FALSE，进入S5；否则设置该驱动机构的异常标志为TRUE；进入S2；

所述步骤S4具体包含：

S41、星载计算机通过驱动器发送反侧视指令给该发生异常的驱动机构；

S42、经过一个预设的时长ΔT₁，星载计算机通过驱动器发送侧视指令给该发生异常的驱动机构；所述预设的时长ΔT₁根据以下计算公式得到：ΔT₁＝B₀/w₀+Δt，其中，B₀为太阳帆板零位点距离限位块1的角度与零位传感器件的零位角度区域之和。如图2所示，角α为太阳帆板零位点距离限位块1的角度，角β为零位传感器件的零位角度区域，B₀＝α+β。

S43、继续经过一个预设的时长ΔT₂，若星载计算机未收到该发生异常的驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构发生故障，并设置该驱动机构的故障标志为FALSE，进入S5；否则设置该驱动机构的异常标志置为TRUE；进入S2。

所述预设的时长ΔT₂根据以下计算公式得到：ΔT₂＝ΔT₀+ΔT₁＝(A₀+B₀)/w₀+2Δt。

S5、驱动器从主份线路切换到备份线路，星载计算机将两个驱动机构的故障标志均设置为TRUE；星载计算机判断驱动机构是否发生故障，设置发生故障的驱动机构的故障标志为FALSE；若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6；

所述步骤S5具体包含：

S51、星载计算机将两个驱动机构的异常标志均置为FALSE并向驱动器发送线路切换指令，驱动器从主份线路切换到备份线路；

S52、星载计算机通过驱动器向两个驱动机构发送反侧视指令；经过一个预设的时长ΔT₁，星载计算机通过驱动器向两个驱动机构发送侧视指令；

S53、继续经过一个预设的时长ΔT₂，若星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构发生故障，将该驱动机构的故障标志置为FALSE；若星载计算机接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，将该驱动机构的异常标志置为TRUE；

S54、若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6。

S6、星载计算机发送发生故障的驱动机构的编号及其故障标志给地面控制中心。

与现有技术相比，本发明的摆动式帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，能够及时判断太阳帆板驱动系统的异常和故障，并能够及时将驱动器从主份线路切换到备份线路重构太阳帆板驱动系统，提高了卫星运行的可靠性且不需要增加额外的硬件资源。本发明计算简单，易于实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种摆动式太阳帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，太阳帆板驱动系统包含驱动器和两个驱动机构，一个驱动机构对应一翼太阳帆板，驱动机构通过驱动器信号连接星载计算机，驱动器包含主份线路和备份线路，其特征在于，包含步骤：

S1、星载计算机将驱动机构的异常标志和故障标志均设置为TRUE；

S2、星载计算机判断满足太阳帆板驱动条件，向驱动器发送侧视模式指令，驱动器通过驱动机构驱动对应的太阳帆板摆动；

S3、若在预设的时长ΔT₀内，星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，星载计算机判断该驱动机构发生异常，将该驱动机构的异常标志置为FALSE；若发生异常的驱动机构为一个，进入S4；若发生异常的驱动机构为两个，星载计算机将两个驱动机构的故障标志均设置为FALSE，进入S5；

S4、星载计算机判断该发生异常的驱动机构是否发生故障；若发生故障，设置该驱动机构的故障标志为FALSE，进入S5；否则设置该驱动机构的异常标志为TRUE；进入S2；

所述步骤S4具体包含：

S41、星载计算机通过驱动器发送反侧视指令给该发生异常的驱动机构；

S42、经过一个预设的时长ΔT₁，星载计算机通过驱动器发送侧视指令给该发生异常的驱动机构；

S43、继续经过一个预设的时长ΔT₂，若星载计算机未收到该发生异常的驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构发生故障，并设置该驱动机构的故障标志为FALSE，进入S5；否则设置该驱动机构的异常标志置为TRUE；进入S2；

所述步骤S5具体包含：

S5、驱动器从主份线路切换到备份线路，星载计算机将两个驱动机构的故障标志均设置为TRUE；星载计算机判断驱动机构是否发生故障，设置发生故障的驱动机构的故障标志为FALSE；若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6；

S51、星载计算机将两个驱动机构的异常标志均置为FALSE并向驱动器发送线路切换指令，驱动器从主份线路切换到备份线路；

S52、星载计算机通过驱动器向两个驱动机构发送反侧视指令；经过一个预设的时长ΔT₁，星载计算机通过驱动器向两个驱动机构发送侧视指令；

S53、继续经过一个预设的时长ΔT₂，若星载计算机未接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，判断该驱动机构发生故障，将该驱动机构的故障标志置为FALSE；若星载计算机接收到某个驱动机构发送的太阳帆板到位信号，将该驱动机构的异常标志置为TRUE；

S54、若两个驱动机构均未发生故障，进入S1；否则进入S6；

S6、星载计算机发送发生故障的驱动机构的编号及其故障标志给地面控制中心。

2.如权利要求1所述的摆动式太阳帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，其特征在于，步骤S3中所述预设的时长ΔT₀根据以下计算公式得到：

ΔT₀＝A₀/w₀+Δt；

其中A₀为太阳帆板摆动的角度范围，w₀为指令角速度，Δt为驱动太阳帆板从所述指令角速度w₀回转到零位所需要的最长时间。

3.如权利要求2所述的摆动式太阳帆板驱动系统的故障诊断与重构方法，其特征在于，所述预设的时长ΔT₁、ΔT₂分别根据以下计算公式得到：

ΔT₁＝B₀/w₀+Δt；ΔT₂＝ΔT₀+ΔT₁＝(A₀+B₀)/w₀+2Δt；

其中，B₀为太阳帆板零位点距离限位块的角度与零位传感器件的零位角度区域之和。

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