CN115930695A - 一种运载火箭综合控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运载火箭综合控制器，由主控模块、供电模块、驱动模块、时序模块、电磁阀模块、自毁模块、配电模块组成，其中，主控模块实现信号的采集与对其他模块控制信号的输出，供电模块实现对外部传感器及内部电路供电，驱动模块实现对外部电机的控制，时序模块实现时序信号的输出，电磁阀模块实现电磁阀控制信号的输出，自毁模块实现引爆信号的输出与火工品的测试，配电模块实现配电输出。本发明的运载火箭综合控制器具有较高的集成性、通用性、可靠性，综合控制器集安控自毁、时序输出、配电、电机驱动等功能于一体，集成化程度高，避免了采用多台控制器带来的不便，显著减小了运载火箭上控制器所占空间与重量。

Description

一种运载火箭综合控制器

技术领域

本发明涉及运载火箭控制器领域，具体涉及一种运载火箭综合控制器。

背景技术

运载火箭的发展，对箭上控制器的可靠性、集成性、通用性提出了更高的要求。而在目前的运载火箭的电系统中，安控自毁、时序输出、电磁阀控制、配电、电机驱动等功能需要通过多台控制器分别实现，而控制器所接火工品的测试则需另外采用引爆线路测试仪实现，这不仅占用了箭上较大的空间与载重量，且成本较高，可靠性一般。

因此，亟需一种能够满足多种功能需求、具有高可靠性与通用性的综合控制器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭综合控制器，可同时实现安控自毁、时序输出、配电、电机驱动、火工品测试等功能，显著提高了运载火箭综合控制器的集成化和通用化水平。

为了实现上述目的，本发明提供一种运载火箭综合控制器，包括主控模块、供电模块、驱动模块、时序模块、电磁阀模块、配电模块、自毁模块。主控模块实现信号的采集与对其他模块控制信号的输出，供电模块实现对外部传感器及内部电路供电，驱动模块实现对外部电机的控制，时序模块实现时序信号的输出，电磁阀模块实现电磁阀控制信号的输出，自毁模块实现引爆信号的输出与火工品的测试，配电模块实现配电输出。

进一步，所述主控模块具有1553B通信接口，主控模块作为1553B总线远程终端，接受箭上计算机的控制指令，并向其发送回令和遥测信息；具有RS485通信接口，能够采集储箱压力传感器的信息，根据压力信息完成储箱压力的闭环控制，且能够采集耗尽关机传感器信息，在耗尽关机传感器发出贮箱液位耗尽信号后，自主执行耗尽关机时序；具有RS422通讯接口，能够与外部其他设备通讯，完成相应控制及信号采集；所述供电模块能够实现为储箱压力传感器、主控模块、驱动模块进行供电；所述驱动模块通过主控模块接收箭上计算机的发动机控制指令，实现液体火箭发动机推力调节步进电机控制，实现液体火箭发动机启动、停止以及推力调节，同时实现步进电机的上电寻零和位置传感器信息采集；所述时序模块通过主控模块接收箭上计算机的时序控制指令，实现二级伺服电池激活、一级分离点火、一级反推火箭点火、二级正推火箭点火、发动机电爆阀打开、1553B总线匹配电阻切换、耗尽关机时序控制功能；所述电磁阀模块通过主控模块接收箭上计算机的贮箱增压指令，实现增压管路阀门与液体火箭发动机各阀门的开闭控制；所述自毁模块通过主控模块接收箭上计算机的自毁预令及自毁动令信号，实现火箭自主安全自毁；能够接收外安系统发出的自毁预令及自毁动令信号，实现火箭被动安全自毁；具有火工品测试电路，能够实现火工品低压通路测试功能；所述配电模块通过主控模块接收箭上计算机的配电控制指令，实现起飞前火工品母线控制、电气设备配电控制、转电控制。

优选的，所述主控模块包括SOC电路、FPGA电路、1553B总线驱动电路、422/485接口电路、隔离电路；

SoC电路由SoC芯片、外部存储器、晶振组成，SoC电路通过422/485接口电路及1553总线驱动器接收外部指令并上传遥测信息，通过内部总线通讯控制FPGA完成指令执行，并接收通过FPGA回采处理的数据信息；FPGA电路主要由晶振、FPGA芯片、外置存储器、总线驱动芯片、多路模拟开关、A/D芯片组成，FPGA电路通过模块内部422/485与SoC电路进行通信，上传通过隔离电路回采的外部和内部开关量信号及模拟量信号，并根据SoC发出的指令向时序输出模块和电磁阀输出模块输出指令，并通过隔离电路回采控制器内的控制信号输出，以确定控制信号输出结果。

优选的，所述供电模块包括EMI滤波器与电源芯片；

EMI滤波器用于对外部电源的电磁干扰进行抑制，通常在EMI滤波器正端串联浪涌抑制电阻；电源芯片用于将外部电源转换为综合控制器中芯片所需的电源信号。

优选的，所述驱动模块包括驱动电路、斩波电路；

驱动电路由光耦隔离芯片、驱动芯片、MOSFET组成，通过将主控模块的控制信号经过光耦隔离芯片，输入至驱动芯片，再将输出的驱动信号用于驱动MOSFET；斩波电路通过电流检测电阻将流过电机线圈的电流作为电压采样，与基准电压作比较后，产生相应的斩波脉冲，以保持电机流过的额定电流。

优选的，所述时序模块包括时序控制继电器组与时序继电器组；

时序控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的时序控制信号直接驱动，其输出用于驱动时序继电器组；时序继电器组由多个固体继电器组成，固体继电器均采用串并联的电路形式进行连接，对外输出端均接有消反峰电路，提高输出时序的可靠性。

优选的，所述电磁阀模块包括电磁阀继电器组；

电磁阀继电器选用固体继电器，根据输出所接电磁阀类型的不同，固体继电器之间采用三取二和串并联两种电路形式进行连接，由主控模块输出的电磁阀控制信号直接驱动，对外输出端均接有消反峰电路，提高电路的可靠性。

优选的，所述自毁模块包括自毁控制继电器组、自毁继电器组与火工品测试电路；

自毁控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的自毁控制信号直接驱动，其输出用于驱动自毁继电器组；自毁继电器组由多个电磁继电器组成，电磁继电器均采用串并联的电路形式进行连接，对外输出端均接有消反峰电路，提高自毁输出的可靠性；火工品测试电路完成对火工品通路的阻抗测试，确保火工品阻值处于合理的区间内；电路根据分压原理对火工品与其上限电阻、下限电阻施加电压，通过两个比较器，分别将火工品所分压降与上限电阻和下限电阻上的压降做比较，比较结果经过光耦进行输出，反馈至主控模块。

优选的，所述配电模块包括配电控制继电器组与配电继电器组；

配电控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的配电控制信号直接驱动，其输出用于驱动配电继电器组；配电继电器组由多个电磁继电器组成，对外输出端均接有消反峰电路，提高供配电的可靠性。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提出的综合控制器集安控自毁、时序输出、配电、电机驱动等功能于一体，集成化程度高，避免了采用多台控制器带来的不便，显著减小了运载火箭上控制器所占空间与重量。

2)该综合控制器通用性强，在仅需要特定功能的应用场合中，该综合控制器也能够完全胜任。

3)该综合控制器中带有低压通路测试电路，用于测试火工品阻值是否在合理区间内，避免了专门采用引爆线路测试仪带来的不便。

4)该综合控制器中继电器组均采用串并联、三取二的冗余电路设计，显著提升了整机的可靠性。

附图说明

图1是本发明提供的一种运载火箭综合控制器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

图1所示，本发明提供一种运载火箭综合控制器，包括主控模块、供电模块、驱动模块、时序模块、电磁阀模块、配电模块、自毁模块。

所述供电模块能够实现为储箱压力传感器、主控模块、驱动模块进行供电。

所述供电模块包括EMI滤波器与电源芯片，其中：

EMI滤波器用于对外部电源的电磁干扰进行抑制，通常在EMI滤波器正端串联浪涌抑制电阻；

电源芯片用于将外部电源转换为综合控制器中芯片所需的5V、3.3V等电源信号。

所述主控模块具有1553B通信接口，主控模块作为1553B总线远程终端，接受箭上计算机的控制指令，并向其发送回令和遥测信息等；具有RS485通信接口，能够采集储箱压力传感器的信息，根据压力信息完成储箱压力的闭环控制，且能够采集耗尽关机传感器信息，在耗尽关机传感器发出贮箱液位耗尽信号后，自主执行耗尽关机时序；具有RS422通讯接口，能够与外部其他设备通讯，完成相应控制及信号采集。

所述主控模块包括SOC电路、FPGA电路、1553B总线驱动电路、422/485接口电路、隔离电路，其中：

SoC电路由SoC芯片、外部存储器、晶振组成。SoC电路通过422/485接口电路及1553总线驱动器接收外部指令并上传遥测信息，通过内部总线通讯控制FPGA完成指令执行，并接收通过FPGA回采处理的数据信息；

FPGA电路主要由晶振、FPGA芯片、外置存储器、总线驱动芯片、多路模拟开关、A/D芯片组成。FPGA电路通过模块内部422与SoC电路进行通信，上传通过隔离电路回采的外部和内部开关量信号及模拟量信号，并根据SoC发出的指令向时序输出模块和电磁阀输出模块输出指令，并通过隔离电路回采控制器内的控制信号输出，以确定控制信号输出结果。

所述驱动模块通过主控模块接收箭上计算机的发动机控制指令，实现液体火箭发动机推力调节步进电机控制，实现液体火箭发动机启动、停止以及推力调节，同时实现步进电机的上电寻零和位置传感器信息采集。

所述驱动模块包括斩波电路、驱动电路，其中：

驱动电路由光耦隔离芯片、驱动芯片、MOSFET组成，通过将主控模块的控制信号经过光耦隔离芯片，输入至驱动芯片，再将输出的驱动信号用于驱动MOSFET；

斩波电路通过电流检测电阻将流过电机线圈的电流作为电压采样，与基准电压作比较后，产生相应的斩波脉冲，以保持电机流过的额定电流。

所述时序模块通过主控模块接收箭上计算机的时序控制指令，实现二级伺服电池激活、一级分离点火、一级反推火箭点火、二级正推火箭点火、发动机电爆阀打开、1553B总线匹配电阻切换、耗尽关机等时序控制功能。

所述时序模块包括时序控制继电器组与时序继电器组，其中：

时序控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的时序控制信号直接驱动，其输出用于驱动时序继电器组；

时序继电器组由多个固体继电器组成，固体继电器均采用串并联的电路形式进行连接，对外输出端均接有消反峰电路，提高输出时序的可靠性。

所述配电模块通过主控模块接收箭上计算机的配电控制指令，实现起飞前火工品母线控制、电气设备配电控制、转电控制。

所述配电模块包括配电控制继电器组与配电继电器组，其中：

配电控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的配电控制信号直接驱动，其输出用于驱动配电继电器组；

配电继电器组由多个电磁继电器组成，对外输出端均接有消反峰电路，提高供配电的可靠性。

所述电磁阀模块通过主控模块接收箭上计算机的贮箱增压指令，实现增压管路阀门与液体火箭发动机各阀门的开闭控制。

所述电磁阀模块包括电磁阀继电器组，其中电磁阀继电器选用固体继电器，根据输出所接电磁阀类型的不同，固体继电器之间采用三取二和串并联两种电路形式进行连接，由主控模块输出的电磁阀控制信号直接驱动，对外输出端均接有消反峰电路，提高电路的可靠性。

所述自毁模块通过主控模块接收箭上计算机的自毁预令及自毁动令信号，实现火箭自主安全自毁；能够接收外安系统发出的自毁预令及自毁动令信号，实现火箭被动安全自毁；具有火工品测试电路，能够实现火工品低压通路测试功能。

所述自毁模块包括自毁控制继电器组、自毁继电器组与火工品测试电路。

其中：

自毁控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的自毁控制信号直接驱动，其输出用于驱动自毁继电器组；

自毁继电器组由多个电磁继电器组成，电磁继电器均采用串并联的电路形式进行连接，对外输出端均接有消反峰电路，提高自毁输出的可靠性。

火工品测试电路完成对火工品通路的阻抗测试，确保火工品阻值处于合理的区间内。电路根据分压原理对火工品与其上限电阻、下限电阻施加电压，通过两个比较器，分别将火工品所分压降与上限电阻和下限电阻上的压降做比较，比较结果经过光耦进行输出，反馈至主控模块。

Claims (9)

1.一种运载火箭综合控制器，其特征在于，包括：主控模块、供电模块、驱动模块、时序模块、电磁阀模块、自毁模块、配电模块；其中：

主控模块实现信号的采集与对其他模块控制信号的输出，供电模块实现对外部传感器及内部电路供电，驱动模块实现对外部电机的控制，时序模块实现时序信号的输出，电磁阀模块实现电磁阀控制信号的输出，自毁模块实现引爆信号的输出与火工品的测试，配电模块实现配电输出。

2.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述主控模块具有1553B通信接口，主控模块作为1553B总线远程终端，接受箭上计算机的控制指令，并向其发送回令和遥测信息；具有RS485通信接口，能够采集储箱压力传感器的信息，根据压力信息完成储箱压力的闭环控制，且能够采集耗尽关机传感器信息，在耗尽关机传感器发出贮箱液位耗尽信号后，自主执行耗尽关机时序；具有RS422通讯接口，能够与外部其他设备通讯，完成相应控制及信号采集；

所述供电模块能够实现为储箱压力传感器、主控模块、驱动模块进行供电；

所述驱动模块通过主控模块接收箭上计算机的发动机控制指令，实现液体火箭发动机推力调节步进电机控制，实现液体火箭发动机启动、停止以及推力调节，同时实现步进电机的上电寻零和位置传感器信息采集；

所述时序模块通过主控模块接收箭上计算机的时序控制指令，实现二级伺服电池激活、一级分离点火、一级反推火箭点火、二级正推火箭点火、发动机电爆阀打开、1553B总线匹配电阻切换、耗尽关机时序控制功能；

所述电磁阀模块通过主控模块接收箭上计算机的贮箱增压指令，实现增压管路阀门与液体火箭发动机各阀门的开闭控制；

所述自毁模块通过主控模块接收箭上计算机的自毁预令及自毁动令信号，实现火箭自主安全自毁；能够接收外安系统发出的自毁预令及自毁动令信号，实现火箭被动安全自毁；具有火工品测试电路，能够实现火工品低压通路测试功能；

所述配电模块通过主控模块接收箭上计算机的配电控制指令，实现起飞前火工品母线控制、电气设备配电控制、转电控制。

3.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述主控模块包括SOC电路、FPGA电路、1553B总线驱动电路、422/485接口电路、隔离电路；

SoC电路由SoC芯片、外部存储器、晶振组成，SoC电路通过422/485接口电路及1553总线驱动器接收外部指令并上传遥测信息，通过内部总线通讯控制FPGA完成指令执行，并接收通过FPGA回采处理的数据信息；

FPGA电路主要由晶振、FPGA芯片、外置存储器、总线驱动芯片、多路模拟开关、A/D芯片组成，FPGA电路通过模块内部422/485与SoC电路进行通信，上传通过隔离电路回采的外部和内部开关量信号及模拟量信号，并根据SoC发出的指令向时序输出模块和电磁阀输出模块输出指令，并通过隔离电路回采控制器内的控制信号输出，以确定控制信号输出结果。

4.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述供电模块包括EMI滤波器与电源芯片；

EMI滤波器用于对外部电源的电磁干扰进行抑制，通常在EMI滤波器正端串联浪涌抑制电阻；电源芯片用于将外部电源转换为综合控制器中芯片所需的电源信号。

5.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述驱动模块包括驱动电路、斩波电路；

驱动电路由光耦隔离芯片、驱动芯片、MOSFET组成，通过将主控模块的控制信号经过光耦隔离芯片，输入至驱动芯片，再将输出的驱动信号用于驱动MOSFET；

斩波电路通过电流检测电阻将流过电机线圈的电流作为电压采样，与基准电压作比较后，产生相应的斩波脉冲，以保持电机流过的额定电流。

6.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述时序模块包括时序控制继电器组与时序继电器组；

时序控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的时序控制信号直接驱动，其输出用于驱动时序继电器组；

时序继电器组由多个固体继电器组成，固体继电器均采用串并联的电路形式进行连接，对外输出端均接有消反峰电路，提高输出时序的可靠性。

7.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述电磁阀模块包括电磁阀继电器组；

电磁阀继电器选用固体继电器，根据输出所接电磁阀类型的不同，固体继电器之间采用三取二和串并联两种电路形式进行连接，由主控模块输出的电磁阀控制信号直接驱动，对外输出端均接有消反峰电路，提高电路的可靠性。

8.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述自毁模块包括自毁控制继电器组、自毁继电器组与火工品测试电路；

自毁控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的自毁控制信号直接驱动，其输出用于驱动自毁继电器组；

自毁继电器组由多个电磁继电器组成，电磁继电器均采用串并联的电路形式进行连接，对外输出端均接有消反峰电路，提高自毁输出的可靠性；

火工品测试电路完成对火工品通路的阻抗测试，确保火工品阻值处于合理的区间内；电路根据分压原理对火工品与其上限电阻、下限电阻施加电压，通过两个比较器，分别将火工品所分压降与上限电阻和下限电阻上的压降做比较，比较结果经过光耦进行输出，反馈至主控模块。

9.根据权利要求1所述的运载火箭综合控制器，其特征在于，所述配电模块包括配电控制继电器组与配电继电器组；

配电控制继电器组由多个固体继电器组成，由主控模块输出的配电控制信号直接驱动，其输出用于驱动配电继电器组；

配电继电器组由多个电磁继电器组成，对外输出端均接有消反峰电路，提高供配电的可靠性。

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