CN111075607A - 空间推进剂自主补加流程的测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间推进剂自主补加流程的测试系统和方法，利用空间推进剂补加模型，模拟实际空间推进剂补加系统，验证空间推进剂自主补加流程及故障处置方法的正确性。由空间推进剂补加系统执行机构模拟器进行各种执行机构的模拟，由补加模型采集空间补加执行机构的运行状态，之后转换成补加所需的各种传感器信号输出至地面测试模块，由地面测试模块对传感器信号进行转换处理，生成指令控制补加测控。解决了复杂甚至极端模式下的空间推进剂补加工况模式和各类故障模式，保证产品测试覆盖性完整。在不需要真实补加系统的参与下，实现闭环控制测试，提高补加流程的准确性。

Description

空间推进剂自主补加流程的测试系统和方法

技术领域

本发明涉及空间推进剂补加测试技术领域，具体地，涉及一种空间推进剂自主补加流程的测试系统和方法。

背景技术

按照我国载人航天技术发展规划，将建立长期有人照料空间站，空间站在轨运行寿命10年。由于大气阻尼作用，轨道衰减较为严重，必须定期进行轨道提升和轨道维持，这需要消耗大量的推进剂。而依靠发射时一次携带满足10年工作要求的推进剂是不现实的，必须通过定期补加，才能为空间站提供足够的推进剂，实现空间站长期在轨工作。

空间推进剂补加是一个高可靠的复杂技术，涉及到大量关键技术和关键单机。地面模拟试验是推进剂补加系统研制必不可少的部分。但空间推进剂补加测控系统进行自主补加流程验证时，使用真实的空间推进剂补加系统显然是不现实的，所以需要建立基于空间推进剂补加模型，虚拟空间推进剂补加系统实现对自主补加流程的测试。

目前我国对于空间推进剂补加技术的地面测试验证方法主要对补加电子设备软件作补加过程软件专项测试。一是通过地面手动注入每一个补加阶段以及补加指令，观察每个补加阶段对应补加遥测参数的执行正确性，此方法需耗费大量人力和时间，并且测试覆盖不全面，每次手动设置补加参数形成一条补加测试指令，只能单独验证一个阶段补加流程的执行情况，不能实现补加全过程的地面验证测试；二是或者通过地面设计各类补加参数，开展正常补加全过程的信息流模拟，对地面测试用补加飞行程序进行提前验证，这样虽能使推进剂在轨补加测试完成整个过程的飞行程序测试，但是该方法只能针对每次正常的补加飞行程序，不能实现补加过程中的各类故障工况演练以及各类补加边界条件验证，另外，该方法只是进行数字信息流模拟，当补加模拟信息的通信过程出现故障或者该数字化信息流本身存在问题时，补加飞行程序都无法执行。另外，信息流模拟不能完全模拟航天器的补加系统的执行情况。对于传统的地面测试验证方法，该空间推进剂自动补加流程模型可以模拟航天器补加系统各类电气组件的真实模拟量参数，并且可以模拟在补加故障状态以及所有极限边界工况状态，充分验证整个自动补加流程的合理性和正确性。空间推进剂补加流程测试过程中，需要对各类边界条件、分支进行充分验证。测试用例复杂、测试时间长，需要自动化测试的手动提高效率。

与本申请相关的现有技术是专利文献CN108146663A，涉及一种航天器推进剂补加仿真模拟试验系统，包括：补加仿真模拟装置和被补加仿真模拟装置；其中：补加仿真模拟装置由补加仿真主控制器、补加仿真数据控制器、补加仿真测控器和补加仿真启动器构成；被补加仿真模拟装置由被补加仿真主控制器、被补加仿真数据控制器、被补加仿真测控器和被补加仿真启动器构成；所述补加仿真模拟装置和被补加仿真模拟装置通过网络相互可交互信息地连接，并在推进剂补加仿真模拟试验过程中相互交互模拟故障信息。

发明内容

为了解决上述技术存在的问题。提出一种空间推进剂自主补加流程的测试方法和系统。

根据本发明提供的一种空间推进剂自主补加流程的测试系统，包括：

执行模拟模块：接收补加控制信号，模拟所有空间推进剂补加时的执行机构，发送执行机构执行后的运行状态；

补加模型模块：采集执行机构的各种运行状态，根据运行状态驱动补加模型，输出空间推进剂补加时的各种传感器信号；

地面测试模块：接收各种传感器信号，并将传感器模拟量信息处理成统一格式的计算机源码信息，接收补加控制信号的执行结果，并根据执行结果启动补加流程的指令控制输出；

补加测控模块：接收所有传感器源码信息运行自主补加程序，判断下一步的补加控制信号，并发送补加控制信号用于模拟执行机构；

优选地，所述执行模拟模块包括：

压气机执行模块：基于三相无刷直流电机进行电机对拖，以模拟压气机执行；

阀门执行模块：模拟真实阀门的感性线圈阵和阀门信号采集计算机；

液冷执行模块：基于虚拟仪器，模拟液冷泵。

优选地，所述补加模型模块包括：

气瓶模块：模拟气瓶上的各类压力传感器的电压信号；

贮箱模块：模拟贮箱上的各类压力、位移传感器的电压信号；

压气机模块：模拟压气机上的各类压力传感器的电压信号和温度传感器的电阻信号。

优选地，所述地面测试模块包括：

交互模块：接收并显示各种传感器信号和实时参数，支持手动发送控制指令；

计算模块：将补加模型发送的传感器信号由模拟信号转换为设定格式的计算机源码信息，转换成通讯信号传递至补加测控。

优选地，所述补加测控模块包括：

设定流程模块：设定空间推进剂补加的流程，根据流程模拟空间推进剂的补加过程；

故障检测模块：对补加过程中的故障进行检测、处置及上报；

驱动模块：根据补加过程的要求，生成补加控制信号驱动各执行机构的运行。

根据本发明提供的一种空间推进剂自主补加流程的测试方法，包括：

执行模拟步骤：接收补加控制信号，模拟所有空间推进剂补加时的执行机构，发送执行机构执行后的运行状态；

补加模型步骤：采集执行机构的各种运行状态，根据运行状态驱动补加模型，输出空间推进剂补加时的各种传感器信号；

地面测试步骤：接收各种传感器信号，并将传感器模拟量信息处理成统一格式的计算机源码信息，接收补加控制信号的执行结果，并根据执行结果启动补加流程的指令控制输出；

补加测控步骤：接收所有传感器源码信息运行自主补加程序，判断下一步的补加控制信号，并发送补加控制信号用于模拟执行机构；

优选地，所述执行模拟步骤包括：

压气机执行步骤：基于三相无刷直流电机进行电机对拖，以模拟压气机执行；

阀门执行步骤：模拟真实阀门的感性线圈阵和阀门信号采集计算机；

液冷执行步骤：基于虚拟仪器，模拟液冷泵。

优选地，所述补加模型步骤包括：

气瓶步骤：模拟气瓶上的各类压力传感器的电压信号；

贮箱步骤：模拟贮箱上的各类压力、位移传感器的电压信号；

压气机步骤：模拟压气机上的各类压力传感器的电压信号和温度传感器的电阻信号。

优选地，所述地面测试步骤包括：

交互步骤：接收并显示各种传感器信号和实时参数，支持手动发送控制指令；

计算步骤：将补加模型发送的传感器信号由模拟信号转换为设定格式的计算机源码信息，转换成通讯信号传递至补加测控。

优选地，所述补加测控步骤包括：

设定流程步骤：设定空间推进剂补加的流程，根据流程模拟空间推进剂的补加过程；

故障检测步骤：对补加过程中的故障进行检测、处置及上报；

驱动步骤：根据补加过程的要求，生成补加控制信号驱动各执行机构的运行。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、无需真实补加系统参与，并且能够模拟真实补加系统难以复现的极端故障模式下的工况；

2、实现补加流程的自动化测试，提高效率。

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为本发明的模型样图。

图2是补加模型示意图。

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。

本发明利用空间推进剂补加执行机构驱动的补加模型仿真技术，进行自动补加流程模型设计。根据空间补加系统各类组件的输入参数(如阀门开关状态、温度传感器信号、压气机状态等)，参照不同补加工况下的模型变化，实时输出对应的变化参数(如压力传感器信号、位移传感器信号、温度传感器信号等)，实现全自动补加流程测试。

本发明的测试是利用空间推进剂补加模型，模拟实际空间推进剂补加系统，验证控件推进剂自主补加流程及故障处置方法的正确性。该测试方法可设置复杂环境下推进剂空间补加及故障模式，虚拟实现真实补加系统所有可能出现的故障，如气瓶泄漏、贮箱压力过高、贮箱推进剂泄漏和压气机故障等，能覆盖所有实际补加过程的全工况。

如图1所示，本发明包括补加模型、地面测试系统、补加测控系统和空间推进剂补加系统执行机构模拟器。其中补加测控系统是被测对象。由空间推进剂补加系统执行机构模拟器进行各种执行机构的模拟，由补加模型采集空间补加执行机构的运行状态，之后转换成补加所需的各种传感器信号输出至地面测试模块，由地面测试模块对传感器信号进行转换处理，生成指令控制补加测控。地面测试系统按事先测试流程设置空间推进剂补加系统执行机构状态，实现空间推进剂补加流程的测试自动化。在不需要真实补加系统的参与下，实现闭环控制测试，提高补加流程的准确性。

其中，执行机构模拟器模块模拟所有空间推进剂补加时的执行机构的状态，包括压气机执行模块、阀门执行模块、液冷执行模块。当接收到补加测控模块发送的补加控制信号时，相关模块进行运转，并且执行结果实时传送给补加模型。压气机模块主要是基于三相无刷直流电机对拖技术的电机模拟系统；阀门执行模块主要包括模拟真实阀门的感性线圈阵和阀门信号采集计算机，该计算机通过阀门信号转换隔离电路将电磁阀的通断电信号转换为标准格式的高低电平信号，并通过光电隔离将阀门回路与数据采集计算机的I/O电路彻底隔离。由定时器板产生的定时中断信号，触发数据采集计算机定时读取I/O板的输入状态，并将新的输入状态与上一状态进行比对判读，记录下状态发生改变的阀门通道以及对应的时间，实时对补加模型模块输入阀门执行状态。液冷执行模块主要是液冷泵的模拟系统。以上三模块的计算机系统均为基于虚拟仪器技术的测控计算机。

补加模型模块根据运行状态驱动补加模型，输出空间推进剂补加时的各种传感器信号。补加模型模块是基于PCI总线的测控计算机，通过D/A转换板卡实现各类传感器的模拟量信号输出。补加模型的软件运行编译环境为C#，设置对外接口有补加参数状态的接口、补加模型激励数据的接口、补加模型运行信息接口和输出数据的接口等。补加模型的输入信号是空间推进剂补加系统执行机构状态，输出信号是空间推进剂补加系统各类传感器信号。

地面测试模块接收各种传感器信号，并将传感器模拟量信息处理成统一格式的计算机源码信息、接收补加测控模块的控制信号执行结果、启动补加流程的指令控制输出，传感器模拟量信息处理能够采用公式统一处理，处理后得到统一核实的计算机源码信息组成，并通过总线通讯形式传输，例如采用1553B、RS422，传输给补加测控模块，使得补加测控模块能够获取到空间推进剂补加的实时状态，并据此信号和事先确定的补加流程开展下一步补加工作。该模块主要由基于虚拟仪器技术的测控计算机，主要实现集电极开路门(OC门)开关、AD模拟量采集、1553B总线通信。该计算机测试软件是基于LabVIEW可编程语言实现，软件采用“基于队列的动态多功能生产者消费者”设计模式，进行模块化通用化设计，以提高通用性和复用性。

补加测控系统，相当于航天器的补加电子模块，传输给地面测试系统的信息主要是该系统自身运行的状态参数、以及补加测控系统形成测控信号后的执行结果信息，使得地面测试系统能够地面实时监测补加过程的运转信息。其中，测试流程如下：1)开始空间推进剂补加流程；2)空间推进剂补加系统执行机构动作，补加模型根据采集到的空间推进剂补加系统执行机构状态，虚拟驱动空间推进剂补加系统各类传感器信号变化；3)地面测试系统将传感器的信号数据转发给补加测控系统；4)补加测控系统判读空间推进剂补加系统各类传感器信号，并根据自主补加程序或故障模式进行下一步动作；5)重复2)至4)步，直到流程结束。

如图2所示，在补加模型中，相关补加的组件参数都会根据不同的输入参数状态变化而变化。例如，在贮箱抽气阶段，相关自锁阀开关状态和压气机状态有所变化后，补加模型即随之仿真出相应压力传感器的输出模拟量信号的变化。所述补加模型根据历史补加关系和执行机构的运行状态，推断空间推进剂补加中各种传感器信号。当补加模型接收到执行机构模拟器的各类执行结果状态时，气瓶模块和贮箱模块上传感器会模拟实际补加流程进行自主状态参数变化，如接收到压气机模块的启动控制指令执行后，压气机模块上的相关压力传感器会随之的升高，温度传感器会随之的升高。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

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 (10)

1.一种空间推进剂自主补加流程的测试系统，其特征在于，包括：

执行模拟模块：接收补加控制信号，模拟所有空间推进剂补加时的执行机构，发送执行机构执行后的运行状态；

补加模型模块：采集执行机构的各种运行状态，根据运行状态驱动补加模型，输出空间推进剂补加时的各种传感器信号；

地面测试模块：接收各种传感器信号，并将传感器模拟量信息处理成统一格式的计算机源码信息，接收补加控制信号的执行结果，并根据执行结果启动补加流程的指令控制输出；

补加测控模块：接收所有传感器源码信息运行自主补加程序，判断下一步的补加控制信号，并发送补加控制信号用于模拟执行机构。

2.根据权利要求1所述的空间推进剂自主补加流程的测试系统，其特征在于，所述执行模拟模块包括：

压气机执行模块：基于三相无刷直流电机进行电机对拖，以模拟压气机执行；

阀门执行模块：模拟真实阀门的感性线圈阵和阀门信号采集计算机；

液冷执行模块：基于虚拟仪器，模拟液冷泵。

3.根据权利要求1所述的空间推进剂自主补加流程的测试系统，其特征在于，所述补加模型模块包括：

气瓶模块：模拟气瓶上的各类压力传感器的电压信号；

贮箱模块：模拟贮箱上的各类压力、位移传感器的电压信号；

压气机模块：模拟压气机上的各类压力传感器的电压信号和温度传感器的电阻信号。

4.根据权利要求1所述的空间推进剂自主补加流程的测试系统，其特征在于，所述地面测试模块包括：

交互模块：接收并显示各种传感器信号和实时参数，支持手动发送控制指令；

计算模块：将补加模型发送的传感器信号由模拟信号转换为设定格式的计算机源码信息，转换成通讯信号传递至补加测控。

5.根据权利要求1所述的空间推进剂自主补加流程的测试系统，其特征在于，所述补加测控模块包括：

设定流程模块：设定空间推进剂补加的流程，根据流程模拟空间推进剂的补加过程；

故障检测模块：对补加过程中的故障进行检测、处置及上报；

驱动模块：根据补加过程的要求，生成补加控制信号驱动各执行机构的运行。

6.一种空间推进剂自主补加流程的测试方法，其特征在于，包括：

执行模拟步骤：接收补加控制信号，模拟所有空间推进剂补加时的执行机构，发送执行机构执行后的运行状态；

补加模型步骤：采集执行机构的各种运行状态，根据运行状态驱动补加模型，输出空间推进剂补加时的各种传感器信号；

地面测试步骤：接收各种传感器信号，并将传感器模拟量信息处理成统一格式的计算机源码信息，接收补加控制信号的执行结果，并根据执行结果启动补加流程的指令控制输出；

补加测控步骤：接收所有传感器源码信息运行自主补加程序，判断下一步的补加控制信号，并发送补加控制信号用于模拟执行机构。

7.根据权利要求6所述的空间推进剂自主补加流程的测试方法，其特征在于，所述执行模拟步骤包括：

压气机执行步骤：基于三相无刷直流电机进行电机对拖，以模拟压气机执行；

阀门执行步骤：模拟真实阀门的感性线圈阵和阀门信号采集计算机；

液冷执行步骤：基于虚拟仪器，模拟液冷泵。

8.根据权利要求6所述的空间推进剂自主补加流程的测试方法，其特征在于，所述补加模型步骤包括：

气瓶步骤：模拟气瓶上的各类压力传感器的电压信号；

贮箱步骤：模拟贮箱上的各类压力、位移传感器的电压信号；

压气机步骤：模拟压气机上的各类压力传感器的电压信号和温度传感器的电阻信号。

9.根据权利要求6所述的空间推进剂自主补加流程的测试方法，其特征在于，所述地面测试步骤包括：

交互步骤：接收并显示各种传感器信号和实时参数，支持手动发送控制指令；

计算步骤：将补加模型发送的传感器信号由模拟信号转换为设定格式的计算机源码信息，转换成通讯信号传递至补加测控。

10.根据权利要求6所述的空间推进剂自主补加流程的测试方法，其特征在于，所述补加测控步骤包括：

设定流程步骤：设定空间推进剂补加的流程，根据流程模拟空间推进剂的补加过程；

故障检测步骤：对补加过程中的故障进行检测、处置及上报；

驱动步骤：根据补加过程的要求，生成补加控制信号驱动各执行机构的运行。

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