CN112591152B - 空间站太阳翼控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间站太阳翼控制系统，包括：存储器组，用于存储待运行的程序；CPU，分别与上级系统和所述存储器组进行连接，用于接收并处理外部指令以及加载并运行所述程序；驱动控制模块，分别与所述CPU和太阳翼执行机构进行连接，用于根据所述程序的运行结果和处理后的所述外部指令驱动所述太阳翼执行机构，以使与所述太阳翼执行机构连接的太阳翼运行预设模式。本发明通过采用抗辐照的CPU以及对存储器运行中的应用程序进行EDAC校验，同时对外部指令进行冗余备份，使得本发明公开的空间站太阳翼控制系统不仅具有较强的空间辐照环境适应性，还具有较强的可靠性高。

Description

空间站太阳翼控制系统
技术领域
本发明涉及航天空间站控制技术领域，尤其涉及一种空间站太阳翼控制系统。
背景技术
无论是航天飞船还是卫星，对于目前的航天空间站而言，维持其在轨正常运行的主要动力是电能，而太阳翼作为空间站的重要能量来源，则可以将采集到的太阳光能转换为电能。传统的太阳翼控制系统中通常采用单片机或者FPGA作为处理单元；然而单片机存在运算速度慢，不支持硬件浮点运算、内存空间小，不具备EDAC功能，空间环境适应性不强以及可靠性低等问题，难以支持大型太阳翼的复杂控制算法；FPGA虽然并行处理效率高，但是其逻辑单元数量受限，同样无法承担大型太阳翼的复杂控制系统算法以及无法完成复杂模式流程控制，而且FPGA还易受空间辐照影响发生单粒子翻转，可靠性低。
由于目前空间站对电能的需求巨大，需要采用大型太阳翼(翼展约30米)采集太阳能，使得太阳翼控制系统较为复杂，不仅需要完成多种模式下对太阳翼的伺服控制以及对运行电机的高精度闭环控制，还需要能够抵御严酷的空间辐照环境以及具有较高的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间站太阳翼控制系统，克服现有控制系统的不足，对太阳翼执行机构进行可靠的驱动控制，从而使太阳翼以预设模式运行。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种空间站太阳翼控制系统，包括：
存储器组，用于存储待运行的程序；
CPU，分别与上级系统和所述存储器组进行连接，用于接收并处理外部指令以及加载并运行所述程序；
驱动控制模块，分别与所述CPU和太阳翼执行机构进行连接，用于根据所述程序的运行结果和处理后的所述外部指令驱动所述太阳翼执行机构，以使与所述太阳翼执行机构连接的太阳翼运行预设模式。
优选地，所述存储器组包括：
第一存储器，用于存储所述CPU的引导程序；
第二存储器，用于存储所述CPU的应用程序；
第三存储器，用于运行所述引导程序和所述应用程序。
优选地，所述第二存储器中的所述应用程序包括：电机闭环控制算法；且所述应用程序采用三模冗余。
优选地，所述存储器组还包括：第四存储器；
所述第四存储器用于存储EDAC校验码，以对所述第三存储器中运行的所述应用程序进行EDAC校验。
优选地，所述CPU将所述第一存储器中的所述引导程序加载至所述第三存储器并运行；
所述CPU将所述第二存储器中的所述应用程序加载至所述第三存储器并运行；且运行所述应用程序后产生所述太阳翼执行机构中电机的控制参数并传输至所述驱动控制模块。
优选地，所述CPU分别通过硬线和第一总线与上级系统进行连接，且所述上级系统将所述外部指令分别以硬线指令形式和总线指令形式传输至所述CPU，以对所述外部指令进行冗余备份。
优选地，所述驱动控制模块通过第二总线与所述CPU进行连接，用于根据所述控制参数及处理后的所述外部指令驱动所述太阳翼执行机构中的所述电机，以使所述太阳翼运行所述预设模式。
优选地，所述太阳翼的所述预设模式包括停转、启动、伺服、跟踪及捕获中的任意一种。
优选地，所述CPU型号为BM3803MGRH。
本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：
本发明提供的一种空间站太阳翼控制系统，采用CPU作为处理器，通过运行存储器中的应用程序可以得到电机的控制参数，从而实现对太阳翼执行机构的驱动控制，同时还具备运行速度快、处理复杂控制算法效率高以及可靠性高的特点。
本发明中首次采用了型号为BM3803MGRH的国产高性能抗辐照CPU，能够抵御严酷的空间辐照环境并具有较高的可靠性，同时支持在轨编程。
本发明中通过对第三存储器中运行的应用程序进行EDAC校验，可以及时发现第三存储器受空间辐照影响发生单粒子翻转的异常情况，实现了对第三存储器以及应用程序的在轨实时检测，从而提高了空间站太阳翼控制系统的可靠性。
本发明中第二存储器中的应用程序采用三模冗余，可以确保应用程序成功被加载至第三存储器中运行，提高了空间站太阳翼控制系统的可靠性。
本发明中对外部指令以硬线指令形式和总线指令形式进行了冗余备份，可以保证在硬线指令或总线指令任一失效的情况下均可以继续完成对太阳翼执行机构的驱动控制，有效地提高了空间站太阳翼控制系统接收外部指令的可靠性。
本发明中通过第二总线实现驱动控制模块与CPU之间的信息交互，有效提高了空间站太阳翼控制系统中控制信息传输的可靠性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种空间站太阳翼控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种空间站太阳翼控制系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合附图1所示，本实施例提供一种空间站太阳翼控制系统，包括：存储器组，用于存储待运行的程序；CPU110，分别与上级系统100和所述存储器组进行连接，用于接收并处理外部指令以及加载并运行所述程序；驱动控制模块120，分别与所述CPU110和太阳翼执行机构140进行连接，用于根据所述程序的运行结果和处理后的所述外部指令驱动所述太阳翼执行机构140，以使与所述太阳翼执行机构140连接的太阳翼运行预设模式。
请继续参考图1，所述存储器组包括：第一存储器1301，用于存储所述CPU110的引导程序；第二存储器1302，用于存储所述CPU110的应用程序；第三存储器1303，用于运行所述引导程序和所述应用程序。
可以理解的是，在一些其它的实施例中，所述存储器组还包括：第四存储器1304；所述第四存储器1304用于存储EDAC校验码，以对所述第三存储器1303中运行的所述应用程序进行EDAC校验。
在一些实施例中，所述CPU110型号为BM3803MGRH。
具体的，所述空间站太阳翼控制系统可以采用高性能的国产抗辐照32位的所述CPU110作为中央处理器，能够进行在轨编程，并且通过配置抗辐照的所述第一存储器1301、所述第二存储器1302、所述第三存储器1303以及所述第四存储器1304可以组成所述空间站太阳翼控制系统的硬件平台；所述硬件平台的空间辐照环境适应性强且可靠性高，极大地提高了所述空间站太阳翼控制系统的可靠性，但本发明不以此为限。
在本实施例中，所述第一存储器1301可以采用PROM存储器；所述第二存储器1302可以采用EEPROM存储器；所述第三存储器1303可以采用32位SRAM存储器；所述第四存储器1304则可以采用8位SRAM存储器。
请继续参考图1，所述第二存储器1302中的所述应用程序包括：电机闭环控制算法；且所述应用程序采用三模冗余。
可以理解的是，在一些其它的实施例中，所述CPU110将所述第一存储器1301中的所述引导程序加载至所述第三存储器1303并运行；所述CPU110将所述第二存储器1302中的所述应用程序加载至所述第三存储器1303并运行；且运行所述应用程序后产生所述太阳翼执行机构140中电机的控制参数并传输至所述驱动控制模块120。
具体的，所述空间站太阳翼控制系统上电后，所述CPU110首先将所述引导程序从所述第一存储器1301中加载至所述第三存储器1303中，并在所述第三存储器1303中运行所述引导程序，以使所述CPU110处于待运行所述应用程序的工作状态；随后所述CPU110将所述应用程序从所述第二存储器1302中加载至所述第三存储器1303中，并在所述第三存储器1303中运行所述应用程序；所述应用程序中包括所述电机闭环控制算法，则所述CPU110运行所述应用程序后可以得到所述太阳翼执行机构140中所述电机的所述控制参数，并传输至所述驱动控制模块120，以进行后续对所述太阳翼执行机构140的驱动控制，但本发明不以此为限。
在本实施例中，所述第二存储器1302中的所述应用程序可以采用三模冗余，即在所述CPU110将所述应用程序加载至所述第三存储器1303过程中采取三取二有效判断机制，以确保所述应用程序成功被加载至所述第三存储器1303中。在所述CPU110运行所述应用程序过程中，所述CPU110还可以根据存储于所述第四存储器1304中的所述EDAC校验码对所述第三存储器1303中运行的所述应用程序进行EDAC校验，以及时发现所述第三存储器1303受空间辐照影响发生单粒子翻转的异常情况，实现了对所述第三存储器1303以及所述应用程序的在轨实时检测，从而提高了所述空间站太阳翼控制系统的可靠性。
请继续参考图1，所述CPU110分别通过硬线和第一总线与所述上级系统100进行连接，且所述上级系统100将所述外部指令分别以硬线指令形式和总线指令形式传输至所述CPU110，以对所述外部指令进行冗余备份。
可以理解的是，在一些其它的实施例中，所述驱动控制模块120通过第二总线与所述CPU110进行连接，用于根据所述控制参数及处理后的外部指令驱动所述太阳翼执行机构140中的所述电机，以使所述太阳翼运行所述预设模式。
在一些实施例中，所述太阳翼的所述预设模式包括停转、启动、伺服、跟踪及捕获中的任意一种。
具体的，所述上级系统100发送的所述外部指令可以同时通过所述硬线和所述第一总线传输至所述CPU110，由所述CPU110对所述外部指令处理后传输至所述驱动控制模块120；其中通过所述硬线传输的所述外部指令可以定义为所述硬性指令，通过所述第一总线传输的所述外部指令可以定义为所述总线指令；所述硬线指令和所述总线指令互为冗余备份，以保证在所述硬线指令或所述总线指令任一失效的情况下所述CPU110均可以继续完成对所述太阳翼执行机构140的驱动控制，进而使所述太阳翼以所述预设模式运行，有效地提高了所述空间站太阳翼控制系统接收所述外部指令的可靠性，但本发明不以此为限。
在本实施例中，所述硬线指令可以以低脉冲信号进行传输，所述总线信号则可以以1553B通讯信号进行传输。
具体的，所述CPU110通过所述第二总线将处理后的所述外部指令以及所述太阳翼执行机构140中所述电机的控制参数传输至所述驱动控制模块120；所述驱动控制模块120则可以对处理后的所述外部指令的有效性进行判断，并根据判断结果以及所述控制参数可以实现对所述太阳翼执行机构140中所述电机的位置环、速度环及电流环三环闭环控制，从而使所述太阳翼以停转、启动、伺服、跟踪或捕获模式运行。优选地，所述驱动控制模块120可以采用FPGA作为处理器，但本发明不以此为限。
在本实施例中，所述第二总线包括地址线、数据线以及控制线；所述驱动控制模块120通过所述第二总线实现与所述CPU110之间的信息交互，从而完成对所述太阳翼执行机构140的驱动控制，有效提高了所述空间站太阳翼控制系统中控制信息传输的可靠性。
综上所述，本实施例提供的一种空间站太阳翼控制系统，通过采用高性能的国产抗辐照32位CPU作为中央处理器可以根据外部指令从配置的存储器组中加载及运行程序，并将程序的运行结果传输至驱动控制模块；通过驱动控制模块则可以实现对太阳翼执行机构的驱动控制，从而使与所述太阳翼执行机构连接的太阳翼以预设模式运行。本实施例提供的一种空间站太阳翼控制系统中，不仅采用了抗辐照的CPU，还利用EDAC校验码对存储器中运行的应用程序进行EDAC校验，同时对外部指令进行冗余备份以及采用第二总线实现CPU与驱动控制模块之间的通信，使得空间站太阳翼控制系统不仅具有较强的空间辐照环境适应性，还具有较强的可靠性高。
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 (7)

1.一种空间站太阳翼控制系统，其特征在于，包括：
存储器组，用于存储待运行的程序；
CPU(110)，分别与上级系统(100)和所述存储器组进行连接，用于接收并处理外部指令以及加载并运行所述程序；
驱动控制模块(120)，分别与所述CPU(110)和太阳翼执行机构(140)进行连接，用于根据所述程序的运行结果和处理后的所述外部指令驱动所述太阳翼执行机构(140)，以使与所述太阳翼执行机构(140)连接的太阳翼运行预设模式；
所述存储器组包括：
第一存储器(1301)，用于存储所述CPU(110)的引导程序；
第二存储器(1302)，用于存储所述CPU(110)的应用程序；
第三存储器(1303)，用于运行所述引导程序和所述应用程序；
所述CPU(110)将所述第一存储器(1301)中的所述引导程序加载至所述第三存储器(1303)并运行；
所述CPU(110)将所述第二存储器(1302)中的所述应用程序加载至所述第三存储器(1303)并运行；且将运行所述应用程序后产生所述太阳翼执行机构(140)中电机的控制参数并传输至所述驱动控制模块(120)。
2.如权利要求1所述的空间站太阳翼控制系统，其特征在于，所述第二存储器(1302)中的所述应用程序包括：电机闭环控制算法；且所述应用程序采用三模冗余。
3.如权利要求1所述的空间站太阳翼控制系统，其特征在于，所述存储器组还包括：第四存储器(1304)；
所述第四存储器(1304)用于存储EDAC校验码，以对所述第三存储器(1303)中运行的所述应用程序进行EDAC校验。
4.如权利要求1所述的空间站太阳翼控制系统，其特征在于，
所述CPU(110)分别通过硬线和第一总线与所述上级系统(100)进行连接，且所述上级系统(100)将所述外部指令分别以硬线指令形式和总线指令形式传输至所述CPU(110)，以对所述外部指令进行冗余备份。
5.如权利要求4所述的空间站太阳翼控制系统，其特征在于，
所述驱动控制模块(120)通过第二总线与所述CPU(110)进行连接，用于根据所述控制参数及处理后的所述外部指令驱动所述太阳翼执行机构(140)中的所述电机，以使所述太阳翼运行所述预设模式。
6.如权利要求1所述的空间站太阳翼控制系统，其特征在于，
所述太阳翼的所述预设模式包括停转、启动、伺服、跟踪及捕获中的任意一种。
7.如权利要求1～5任意一项所述的空间站太阳翼控制系统，其特征在于，
所述CPU(110)型号为BM3803MGRH。
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