一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法与流程

本发明涉及月背环境巡视器平台自主管理技术领域，特别是一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法。

背景技术：

嫦娥四号探测器实现了人类首次月球背面软着陆，并在中继星中继链路的支持下开展了月面原位与巡视探测。与嫦娥三号着陆区相比，嫦娥四号着陆区地形更加复杂，巡视器在进行月面工作时可能存在地形遮挡等不确定因素，这些因素可能会导致巡视器在月昼唤醒时出现功率不平衡的情况。同时，若巡视器在唤醒时出现机构旋变故障、机构运动卡滞、中心计算机切机或复位等不确定情况，这些都会使得太阳翼展开过程受到限制而影响巡视器能源。另外，即使太阳翼正常展开后也可能会遮挡测控，从而影响巡视器的探测任务。为解决上述相关问题，本发明提出了一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法，解决了巡视器唤醒过程中功率不平衡、机构旋变故障、机构运功故障、计算机复位或切机异常、测控遮挡等异常情况带来的安全风险。

本发明的技术解决方案是：一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法，包括如下步骤：

第一步：休眠前巡视器中心控制计算机a机进行唤醒参数设置；

第二步：休眠前巡视器中心控制计算机b机进行唤醒参数设置，其中，中心控制计算机a机与中心控制计算机b机互为备份；

第三步：在巡视器唤醒时根据唤醒参数控制巡视器太阳翼展开；其中，巡视器太阳翼展开适用情况包括巡视器机构无故障、巡视器测控遮挡、巡视器机构旋变故障、巡视器机构运动卡滞、巡视器中心控制计算机切机或复位。

所述的巡视器机构无故障模式下，使用电机开环控制模式展开巡视器太阳翼至期望角度。

所述的巡视器测控遮挡模式下，巡视器太阳翼展开至期望角度后若遮挡测控，则等待后继续展平，其中，当等待过程中测控恢复时，巡视器根据地面指令终止太阳翼展平过程。

所述的巡视器中心计算机切机或复位模式下，若太阳翼展开至期望角度过程中发生计算机切机或复位，则在计算机切机或者复位后按剩余待执行时间展开太阳翼。

所述的旋变或机构故障模式下，包括巡视器机构旋变故障、巡视器机构运动卡滞，巡视器切换到备份绕组或b份电机控制器展开太阳翼，当巡视器太阳翼展开过程中太阳翼电流满足要求时，退出展开流程。

所述的巡视器机构无故障模式下，巡视器的太阳翼机构正常、太阳翼旋变正常，使用正常唤醒控制流程展开太阳翼，具体包括如下步骤：

(1)当计算机初始上电读取到的巡视器太阳翼展开完成标志为非完成时，对太阳翼展开第一阶段完成标志、太阳翼展平使能标志、太阳翼展平延时等待时间t1w、太阳翼首次转动使用的绕组、太阳翼展开第一阶段待执行时间t1对应的重要数据进行赋值，当计算机复位或切机读取到的太阳翼展开完成标志为非完成时，取回重要数据中的太阳翼展开第一阶段完成标志、太阳翼展平使能标志、太阳翼展平延时等待时间t1w、太阳翼首次转动使用的绕组、太阳翼展开第一阶段待执行时间t1；

(2)检定巡视器的电机控制器，并对巡视器机构电机加电、延时，若太阳翼展开第一阶段完成标志为未完成，则转入步骤(3)，否则转入步骤(6)；

(3)读取太阳翼当前角度θ0，如果0°≤θ0-θcal≤1°或359°≤θ0-θcal≤360°，则转入步骤(4)；

(4)向太阳翼首次转动使用的绕组发送电机开环控制指令，时间为t1，同时以2s为延时间隔，循环n＝t1/2次，每个循环内：(41)若n大于0，太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为未完成；(42)n＝n-1，太阳翼展开第一阶段待执行时间减1，直至n＝0，向太阳翼首次转动使用的绕组发送零速指令；

(5)读取太阳翼角度θ1，若θ^*-5°≤θ1-θcal≤θ^*+5°，则置太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，并转入步骤(6)，若θ1-θcal＞θ^*+5°，则置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束，否则转入机构故障唤醒控制；

(6)如果太阳翼展平使能标志为使能，则转入步骤(7)，否则置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束；

(7)如果θ^*小于180度，则转入步骤(8)，否则置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束；

(8)以2s为延时间隔，循环n次，每个循环内：(81)若n大于0，太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为已完成，太阳翼展平使能标志置为使能，太阳翼展开第一阶段待执行时间置为0，太阳翼展平延时等待时间t1w每0.5小时减1；(82)n＝n-1，直至n＝0，转入步骤(9)；

(9)读取太阳翼角度θ2，若θ^*-5°≤θ2-θcal≤θ^*+5°且太阳翼展平使能标志为使能，则转入步骤(10)，否则置太阳翼展开功能完成标志为完成，太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束；

(10)向太阳翼首次转动使用的绕组发送电机闭环控制指令，角度为180°+θcal-0.3°，置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束。

所述的巡视器的太阳翼旋变故障或中心控制计算机复位切机时，旋变故障(计算机复位切机)唤醒控制流程包括如下步骤：

(11)向太阳翼首次转动使用的绕组发送电机开环控制指令，时间为太阳翼展开第一阶段待执行时间；

(12)以2s为延时间隔，循环n次且在每个循环内：(121)若n大于0，置太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为未完成；(122)n＝n-1，太阳翼展开第一阶段待执行时间减1，进入下一循环，直至n＝0时向太阳翼首次转动使用的绕组发送零速指令；

(13)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y<i1且id<i2，则转入步骤(14)，否则置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束；

(14)向备份绕组发送电机开环控制指令，时间为太阳翼展开第一阶段待执行时间；

(15)以2s为延时间隔，循环n次，每个循环内：(151)若n大于0，太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为未完成，太阳翼首次转动使用的绕组置为备绕组；(152)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y>i1或id>i2，则向备份绕组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，结束循环且自主唤醒控制任务结束，否则转入步骤(153)；(153)n＝n-1，太阳翼展开第一阶段待执行时间减1，直至n＝0，向备份绕组发送零速指令；

(16)若当前电机控制器为a份，则切换到b份电机控制器，否则置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束；

(17)向备份绕组发送电机开环控制指令，时间为太阳翼展开第一阶段待执行时间；

(18)以2s为延时间隔，循环n次，每个循环内：(171)若n大于0，太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为未完成，太阳翼首次转动使用的绕组置为备绕组；(172)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若满足i+y>i1或id>i2，则向备份绕组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置太阳翼展开功能完成标志为完成，太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，结束循环且自主唤醒控制任务结束，否则转入步骤(173)；(173)n＝n-1，太阳翼展开第一阶段待执行时间减1进入下一循环，直至n＝0，向备份绕组发送零速指令，结束循环且自主唤醒控制任务结束。

所述的巡视器的太阳翼机构故障时，机构故障唤醒控制包括如下流程：

(19)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y<i1且id<i2，则转入步骤(20)，否则置太阳翼展开功能完成标志为完成，太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束；

(20)向备份绕组发送电机开环控制指令，时间为太阳翼展开第一阶段待执行时间；

(21)以2s为延时间隔，循环n次，每个循环内：(211)若n大于0，太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为未完成，太阳翼首次转动使用的绕组置为备绕组；(212)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y>i1或id>i2，则向备份绕组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，结束循环并自主唤醒控制任务结束；(213)n＝n-1，zy4减1，进入下一循环，直至n＝0并向备份绕组发送零速指令；

(22)读取太阳翼角度θ3，并与太阳翼零偏值θcal进行运算，若θ^*≤θ3-θcal，则置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，自主唤醒控制任务结束，否则向备份绕组发送电机开环控制指令，时间为太阳翼展开第一阶段待执行时间；

(23)以2s为延时间隔，循环n次，每个循环内：(231)若n大于0，太阳翼展开功能完成标志置为未完成，太阳翼展开第一阶段完成标志置为未完成，太阳翼首次转动使用的绕组置为备绕组；(232)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y>i1或id>i2，则向备份绕组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置太阳翼展开功能完成标志为完成、太阳翼展开第一阶段完成标志为完成，太阳翼展平使能标志为禁能，结束循环并自主唤醒控制任务结束，否则转入步骤(233)；(233)n＝n-1，zy4减1，进入下一循环，直至n＝0，向备份绕组发送零速指令，自主唤醒控制任务结束。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过嫦娥四号巡视器容错自主唤醒展开+y太阳翼过程，解决了巡视器唤醒过程中功率不平衡、机构旋变故障、机构运功故障、计算机复位或切机、测控遮挡等异常问题带来的风险，该发明具有高可靠和高容错的优点；

(2)本发明与现有技术相比，唤醒参数掉电可保存，太阳翼期望展开角度可调，太阳翼展开过程中将关键参数存重要数据，若计算机复位或切机仍可读取重要数据进行太阳翼的正常展开，太阳翼展开过程中若出现旋变机构故障等异常情况仍可自主切换到备份绕组和b份电机控制器进行太阳翼展开，太阳翼展开到期望角度后可根据测控遮挡情况决定是否继续展平。

附图说明

图1为一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法流程图。

具体实施方式

月背环境的巡视器在休眠前通过地面控制注入唤醒相关参数至中心控制计算机eeprom存储器中，巡视器加电后读取eeprom存储器中唤醒相关参数，根据参数判断按一定规则展开太阳翼。在进入展开太阳翼流程后，将相应的关键数据存入重要数据，在中心控制计算机切机或复位后仍可正常展开太阳翼。

本发明一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法，步骤如下：

第一步：休眠前巡视器中心控制计算机a机进行eeprom存储器中的唤醒参数设置；

第二步：休眠前巡视器中心控制计算机b机进行eeprom存储器中的唤醒参数设置；

第三步：巡视器唤醒后中心控制计算机读取重要数据或eeprom存储器中的唤醒参数；

第四步：根据重要数据或唤醒参数控制太阳翼展开；为了满足巡视器唤醒后的能源需求和热控需求，需要考虑在机构旋变故障、机构运动卡滞、中心计算机切机或复位等异常情况下，控制策略仍能保证太阳翼展开，可以采用以下控制流程。

第五步：正常情况：使用电机开环控制模式展开太阳翼至期望角度；

第六步：测控遮挡：太阳翼展开至期望角度后若遮挡测控，则等待一段时间后展平，等待过程中若测控恢复则随时终止太阳翼展平过程；

第七步：计算机切机或复位：太阳翼展开至期望角度过程中发生计算机切机或复位时，按剩余待执行时间展开太阳翼。

第八步：旋变或机构故障：切换到备份绕组或b份电机控制器展开太阳翼，展开过程中太阳翼电流满足要求退出展开流程。下面结合附图对本发明方法进行更详细的解释和说明，如图1所示为一种适用于月背环境的巡视器容错自主唤醒控制方法流程图。

当巡视器的太阳翼机构正常、太阳翼旋变正常时，使用正常唤醒控制流程展开+y太阳翼：

1.若计算机初始上电读取到的eeprom存储器中太阳翼展开完成标志为非完成，则将+y太阳翼展开功能完成标志zy1置为未完成0x55，将eeprom存储器中对应的值赋给+y太阳翼展开第一阶段完成标志(展开至期望角度)zy2、+y太阳翼展平使能标志zy3、+y太阳翼展平延时等待时间t1wzy5、+y太阳翼首次转动使用的绕组zy6，+y太阳翼展开第一阶段待执行时间zy4置为t1(t1为按固定速度展开至期望角度所需时间)，转至步骤2；若计算机复位或切机读取到的重要数据中太阳翼展开完成标志为非完成，则取回重要数据zy1，zy2，zy3，zy4，zy5，zy6后转至步骤2；

2.判断当前电机控制器，若为a份，则判断a份通讯状态码，若通讯正常，则执行步骤3，否则切换到b份电机控制器，并延时1s，执行步骤3；若为b份，则清除当前份电机控制器通讯状态码，执行步骤3；(若展开+y太阳翼任务是由恢复重要数据发起的，则跳过这一步)；

3.将重要数据发送到电机控制器；(若展开+y太阳翼任务是由恢复重要数据发起的，则跳过这一步)；

4.巡视器机构电机加电；

5.巡视器机构电机延时1s；

6.若+y太阳翼展开第一阶段完成标志为未完成，则执行步骤7)，否则执行步骤11)；

7.读取y太阳翼当前角度θ0，若0°≤θ0-θcal≤1°或359°≤θ0-θcal≤360°，则执行步骤8)，否则跳转到第16)步执行；

8.向zy6对应的绕组发送电机开环控制指令，速度11档，时间为t1；

9.以2s为延时间隔，循环n次(n＝t1/2(zy4＝2n)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0x55；

b)n＝n-1，zy4减1(zy4≤0，zy4＝0)，进入下一循环；

c)若n＝0，向zy6对应的绕组发送零速指令；

10.读取太阳翼角度θ1，若θ^*-5°≤θ1-θcal≤θ^*+5°，则置zy2为0xaa，并将其写入eeprom存储器，执行步骤11)；否则若θ1-θcal>θ^*+5°，则置zy1为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转第30)步；否则跳转到24)步；

11.判断太阳翼展平使能标志是否为使能，若为使能则进行下一步，否则置zy1为0xaa，zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

12.判断θ^*是否小于180度，若是则进行13)步，否则置zy1为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

13.以2s为延时间隔，循环n次(n＝zy5×3600/2/2)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0xaa，zy3置为0xaa，zy4

置为0，zy5每0.5小时减1，zy5≤0，则zy5＝0；

b)n＝n-1，进入下一循环；

c)n＝0，退出循环；

14.读取太阳翼角度θ2，若θ^*-5°≤θ2-θcal≤θ^*+5°且太阳翼展平使能标志为使能，则执行15)步；否则置zy1为0xaa，zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

15.向zy6对应的绕组发送电机闭环控制指令，速度11档，角度为180°+θcal-0.3°，置zy1为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

当巡视器的太阳翼旋变故障或者计算机复位切机时，使用旋变故障(计算机复位切机)唤醒控制流程展开+y太阳翼：

16.向zy6对应的绕组发送电机开环控制指令，速度11档，时间为zy4；

17.以2s为延时间隔，循环n次(n＝zy4/2)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0x55；

b)n＝n-1，zy4减1(zy4≤0，zy4＝0)，进入下一循环；

c)若n＝0，向zy6对应的绕组发送零速指令；

18.采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y<i1且id<i2，则执行19)步，否则置zy1为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

19.向备份绕组发送电机开环控制指令,速度11档，时间为zy4；

20.以2s为延时间隔，循环n次(n＝t1/2(zy4＝2n)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0x55，zy6置为0x26；

b)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y>i1或id>i2，则向备份绕

组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置zy1为0xaa、zy2为0xaa，

zy3为0x55，结束循环，跳转到第30)步

c)n＝n-1，zy4减1(zy4≤0，zy4＝0)，进入下一循环；

d)若n＝0，则向备份绕组发送零速指令；

21.判断当前电机控制器，若为a份，则切换到b份电机控制器，执行22)步；否则zy1为0xaa，zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

22.向备份绕组发送电机开环控制指令,速度11档，时间为zy4；

23.以2s为延时间隔，循环n次，n＝t1/2(zy4＝2n)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0x55，zy6置为0x26；

b)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若满足i+y>i1或id>i2，则向备

份绕组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置zy1为0xaa，zy2为

0xaa，zy3为0x55，结束循环，跳转到第30)步

c)n＝n-1，zy4减1(zy4≤0，zy4＝0)，进入下一循环；

d)若n＝0，则向备份绕组发送零速指令，则置zy1为0xaa，zy2为0xaa，

zy3为0x55，结束循环，跳转到第30)步；

当巡视器太阳翼机构故障时，使用机构故障唤醒控制流程展开+y太阳翼：

24.采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y<i1且id<i2，则执行25)步，否则置zy35为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

25.向备份绕组发送电机开环控制指令，速度11档，时间为zy4；

26.以2s为延时间隔，循环n次，n＝θ^*-(θ1-θcal)(zy4＝2n)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0x55，zy3、zy6置为0x26；

b)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y>i1或id>i2，则向备份绕

组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置zy1为0xaa、zy2为0xaa，

zy3为0x55，结束循环，跳转到第33)步

c)n＝n-1，zy4减1(zy4≤0，zy4＝0)，进入下一循环；

d)若n＝0，则向备份绕组发送零速指令；

27.判断当前电机控制器，若为a份，则切换到b份电机控制器，执行第28)步，否则置zy1为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55，跳转到第30)步；

28.读取太阳翼角度θ3，并与+y太阳翼零偏值θcal进行运算，若θ^*≤θ3-θcal，则置zy1为0xaa、zy2为0xaa，zy3为0x55,跳转到第30)步；否则向备份绕组发送电机开环控制指令，速度11档，时间为zy4；

29.以2s为延时间隔，循环n次(n＝θ^*-(θ3-θcal)，zy4＝2n)，每个循环内：

a)若n大于0，zy1置为0x55，zy2置为0x55，zy3、zy6置为0x26；

b)采集太阳翼电流i+y、蓄电池充电电流id，若i+y>i1或id>i2，则向备份绕

组发送零速指令，同时发送机构电机断电，置zy1为0xaa、zy2为0xaa，

zy3为0x55，结束循环，跳转到第30)步；

c)n＝n-1，zy4减1(zy4≤0，zy4＝0)，进入下一循环；

d)若n＝0，则向备份绕组发送零速指令，则置zy1为0xaa、zy2为0xaa，

zy3为0x55，结束循环，跳转到第30)步。

30.将zy1、zy2、zy3对应的值回写eeprom存储器，任务结束。

+y太阳翼展开至期望角度后，若展平使能，则在等待时间t1w后展平至180°。若在等待过程中测控链路恢复，地面可发送“太阳翼展平终止”指令，终止该等待过程。如表1所示为本发明方法所涉及的部分参数定义。

表1部分参数定义

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。