CN110908274A - 一种基于sspc的运载火箭高可靠冗余测控系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，包括中心控制板卡、健康管理总线、业务总线以及n个配电控制板卡，配电控制板卡通过业务总线接收具体的配电控制指令，执行配电动作，并将执行结果通过业务总线反馈给中心控制板卡。健康管理总线对各配电控制板卡的健康状态进行监控，并将监控信息发送至中心控制板卡。中心控制板卡将具体的配电控制指令经由业务总线发送至相应的配电控制板卡，并对发生故障的配电控制板卡进行切换。本发明采用机内总线+配电控制板卡的架构形式，采用SSPC技术实现功能统一的配电控制板卡，在单板上进行统一的串联冗余控制设计，可实现通用测控系统对不同测控负载的高可靠供配电控制。

Description

一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统
技术领域
本发明属于运载火箭地面测发控技术领域，涉及一种具有冗余备份功能的运载火箭测控系统，适用于运载火箭地面测发控系统中的供配电控制。
背景技术
随着航天器任务系统设计复杂性的增加，用电设备数量越来越多，功率日益增大，对供配电控制的可靠性要求也逐渐提高。
传统的机电式配电系统多采用电磁继电器作为配电控制执行器件，电磁继电器的驱动原理是通过电磁线圈产生簧片动作需要的动作电压，因此电磁继电器的体积和重量较大，且电磁兼容适应性较差，无法实现高集成的一体化测控系统的设计要求。此外，传统的测控系统的配电器采用模拟信号控制，控制方式固定，需要外接控制电路，且状态采集需要单独设计采集电路，不利于系统集成及测试性设计。为了满足运载火箭的高可靠要求，传统的配电测控系统往往有复杂的控制逻辑和控制电路，专用性强。设备长时间使用后，一旦出现问题故障难以定位，且测试维修性较差。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术配电控制设备专用性强、冗余控制线路复杂、测试维修性差的不足，依据运载火箭地面测发控过程中对地面及箭上的供配电测控需求，提供了一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，对测控线路进行高可靠冗余设计，实现测发控过程中的自动化、智能化高可靠长时间运行；通过固态配电技术和计算机综合控制技术结合，通过机内总线+配电控制板卡的架构形式，实现高可靠、易维修的冗余配电控制。
本发明的技术解决方案是：一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，包括中心控制板卡、健康管理总线、业务总线以及n个配电控制板卡，n为正整数，其中：
配电控制板卡：通过业务总线接收具体的配电控制指令，执行配电动作，并将执行结果通过业务总线反馈给中心控制板卡；
健康管理总线：对各配电控制板卡的健康状态进行监控，并将监控信息发送至中心控制板卡；作为所述业务总线的备份，进行中心控制板卡与各配电控制板卡之间的信息交互；
中心控制板卡：将具体的配电控制指令经由业务总线发送至相应的配电控制板卡；对发生故障的配电控制板卡进行切换。
优选所述的配电控制板卡采用数字控制器结合固态功率控制器配电模块来实现配电控制，其中固态功率控制器配电模块同时完成配电动作执行以及配电结果检测，实现程序化控制。
优选所述的配电控制板卡实现功率母线的配电控制输出，配电控制包括控正方式、控负方式以及正负双路控制方式，通过在所控功率母线的正线或负线中加入配电控制开关来实现，同一母线的正线或负线上采用2个相同的配电控制开关串联。
优选所述的健康管理总线选用RS485总线。所述的业务总线选用CAN总线。
优选所述的配电控制板卡内具有多路独立的配电控制通路。
本发明系统还包括信号转接板，各配电控制板卡通过背板与信号转接板相连，实现板间不同配电控制通路的串、并联。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用机内总线+配电控制板卡的架构形式，采用SSPC技术实现功能统一的配电控制板卡，在单板上进行统一的串联冗余控制设计，中心控制板卡通过机内总线可实现对多个配电控制板卡的协调控制，完成并联冗余控制，再通过针对配电控制负载的控制要求进行接口连接，可实现通用测控系统对不同测控负载的高可靠供配电控制。这种测控系统采用双总线设计，通过业务总线完成配电控制，通过健康监测总线实现对板卡的状态监测，可实现通道级、板卡及的故障处置和隔离控制；系统架构采用通用配电控制板卡，在出现故障的时候可以实现快速维修更换，满足长时高可靠运行的测试需求。
附图说明
图1为本发明测控系统的架构示意图；
图2为本发明测控系统中单个配电控制板卡内的串联冗余设计电路图。
具体实施方式
固态功率控制器(Solid-state power contrller)采用数字化固态配电技术，体积小、重量轻，可最大程度满足一体化测控系统的高集成度要求。同时可通过FPGA、CPLD、DSP或单片机作为主控器件，可以满足RS422、RS485、RS232、CAN、以太网等多种总线控制方式，为配电控制的串并联冗余控制、状态自检测以及故障隔离处置等高可靠要求提供实现途径。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出一种了基于SSPC(固态功率控制器，Solid-state power controller，简称为SSPC)的高可靠冗余测控系统，适用于运载火箭地面测试发射系统。本发明采用SSPC结合数字控制器实现运载火箭地面测发控过程中的供配电控制，并在系统层级进行高可靠冗余测控线路设计，来实现测发控过程中长时、高可靠的稳定运行。
图1给出了本发明系统架构示意图，多个相同构型的配电控制板卡通过业务总线(CAN总线)和健康管理总线(RS485总线)与中心控制板卡连接，完成信息交互以及具体的测控动作。具体的：
A)配电控制通过构型相同的配电控制板卡组合使用来完成系统的供配电操作，每个配电控制板卡通过总线接收具体的配电控制指令，完成配电动作，并将执行结果通过总线反馈给中心控制板卡；
B)每个配电控制板卡内通过采用数字控制器+SSPC配电模块来实现，其中SSPC配电模块可以同时完成配电动作执行以及配电结果检测，可实现配电控制的程序化控制；数字控制器通过总线控制器接收中心控制板卡的控制指令，对板卡内部进行串联冗余的配电开关执行配电动作控制，并把配电控制开关的执行动作结果进行汇总，反馈给中心控制板卡，作为状态判断；数字控制器可实现对配电开关的单独通断控制，或者是程序化时序控制，提升了控制策略实现的灵活度；
C)每个配电控制板卡内具有两种独立冗余总线：业务总线和健康管理总线；CAN总线作为业务总线，完成中心控制板卡与配电控制板卡间的指令控制、状态反馈信息交互。RS485总线作为健康管理总线，实现功能板卡的健康状态监控，此外RS485总线作为CAN总线的备保总线，可对重要信息(如重要配电控制板卡的母线电压、电流值等)进行备份传输(通过业务总线传输一次，同时健康管理总线传输一次，达到重要信息的通道冗余传输)；
D)配电控制可依据具体的测试需求(供配电负载的使用需求)，配置为控正方式(如图2所示，配电控制开关对功率母线的正端Ur+进行控制输出)、控负方式(配电控制开关对功率母线的负端Ur-进行控制输出)以及正负双路控制(分别对功率母线的正、负母线进行配电控制输出)方式，通过分别在所控母线的正线或负线中加入配电控制开关来实现，同一母线的正线或负线上采用2个相同的配电控制开关串联来提高系统断电可靠性；
E)每个配电控制板卡内具有多路独立的配电控制通路(图2中为一路独立控制开关)，可实现对多个通路的独立配电控制，每个控制开关均具备独立的开关状态采集，配合理想二极管使用(对冗余控制通路进行隔离)，可实时反馈每一路配电控制开关动作状态；
F)配电控制板卡通过背板与信号转接板相连，配电控制板卡间通过信号转接板实现冗余控制，信号转接板可实现模块间不同配电控制通路的串、并联设计，通过信号转接板的串、并联连接，最终实现系统级的冗余，实现从供配电执行元件、测控线路、以及数字控制器的全链路冗余设计，满足具体测控需求的具体控制需求；
G)多个配电控制板卡通过背板总线完成与中心控制板卡的信息交互，完成控制指令接收、配电控制状态反馈、板卡故障切换以及冗余控制；
H)中心控制板卡可以依据每个通路的开关反馈状态确认配电动作的执行结果，同时依据板卡内部自身的自检测信息来判断配电控制板卡的健康状态，一旦出现故障，可以在原有的冗余通路内，切断故障线路输出，保证供配电测控线路高可靠稳定执行。
本发明中，中心控制板卡通过CAN总线与RS485两条独立的冗余总线与配电控制板卡进行数据交互，每条总线均为双冗余总线，保证数据传输的可靠性。每个配电控制板卡作为CAN总线以及RS485总线节点，可以依据地面测控供配电的具体需求进行模块的增减，完成供配电功能的重组，任一配电控制板卡的增加或退出不会影响设备内的其他板卡通信。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于包括：中心控制板卡、健康管理总线、业务总线以及n个配电控制板卡，n为正整数，其中：
配电控制板卡：通过业务总线接收具体的配电控制指令，执行配电动作，并将执行结果通过业务总线反馈给中心控制板卡；
健康管理总线：对各配电控制板卡的健康状态进行监控，并将监控信息发送至中心控制板卡；作为所述业务总线的备份，进行中心控制板卡与各配电控制板卡之间的信息交互；
中心控制板卡：将具体的配电控制指令经由业务总线发送至相应的配电控制板卡；对发生故障的配电控制板卡进行切换。
2.根据权利要求1所述的一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于：所述的配电控制板卡采用数字控制器结合固态功率控制器配电模块来实现配电控制，其中固态功率控制器配电模块同时完成配电动作执行以及配电结果检测，实现程序化控制。
3.根据权利要求2所述的一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于：所述的配电控制板卡实现功率母线的配电控制输出，配电控制包括控正方式、控负方式以及正负双路控制方式，通过在所控功率母线的正线或负线中加入配电控制开关来实现，同一母线的正线或负线上采用2个相同的配电控制开关串联。
4.根据权利要求1所述的一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于：所述的健康管理总线选用RS485总线。
5.根据权利要求1所述的一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于：所述的业务总线选用CAN总线。
6.根据权利要求1所述的一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于：所述的配电控制板卡内具有多路独立的配电控制通路。
7.根据权利要求1所述的一种基于SSPC的运载火箭高可靠冗余测控系统，其特征在于：还包括信号转接板，各配电控制板卡通过背板与信号转接板相连，实现板间不同配电控制通路的串、并联。
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