航天器供电母线电压超调检测装置的制作方法

本发明属于航天器测试与试验技术领域，涉及一种航天器供电母线电压超调检测装置，用于接入航天器，自动监测和判断所述航天器的供电母线的电压超调。

背景技术：

目前，国内航天器电源分系统多数采用分阵式三域全调节母线，其系统拓扑原理如图1所示。根据母线电压产生分流信号或升压信号，将多余的帆板功率分流或电池电压升压，控制母线电压范围，通常用v母±vδ表示。例如，我国的卫星通常采用母线电压为28±1v或100±3v的全调节母线。

当帆板发电充足时，功率管理功能产生分流信号将多余的帆板功率分流，将母线电压控制在当帆板发电能力下降时，母线电压随之下降，母线电压在时，既不产生分流信号也不产生升压信号。当母线电压下降至小于时，功率管理功能根据母线电压产生升压信号，送入脉宽调制集成芯片，进入pwm控制器，pwm控制器产生控制信号，当pwm控制信号大于1.0v时，脉宽调制集成芯片产生频率固定，脉宽根据信号大小可调的驱动信号，控制放电调节的推挽升压电路的开关管通断，使得变压器推挽工作，电池电压经升压后输出至母线，控制母线电压在

由于母线电压与误差信号之间为线性关系。当母线电压下跌低于时，根据母线电压产生大于1.0v的升压信号，由于脉宽调制集成芯片外围电容上电初期的充电效应，调节闭环稳定性的阻容电路存在相位滞后特性，使得pwm控制信号相位上滞后于升压控制信号，存在响应延时，造成母线电压继续下跌，升压信号继续增大，pwm控制信号继续增大，母线电压开始抬升；当母线电压升至时，升压信号虽然小于1.0v，但是由于外围电容的放电效应，pwm控制信号变化滞后于升压信号，母线电压仍按照前一时刻的升压信号进行调节，当前一时刻的升压控制信号偏大时(即前一时刻母线电压偏低，如小于时升压控制信号大于3.3v，pwm控制器将以最大占空比工作，升压器将以最大升压能力进行升压)，母线将产生超调。特别是对大功率的脉冲型负载，从阳照区进入阴影区的过程中，会产生帆板供电功率瞬间不足，母线电压快速下降，由于pwm控制信号响应的延迟，使得pwm控制信号过大，导致母线电压产生更大的超调。

在航天器研制过程中需要测试验证母线电压控制的正确性，检查航天器进出影期间与各飞行模式(工作负载不同)的匹配性，尤其是大功率脉冲型负载工作期间，检查母线电压控制是否出现超调现象。

在以往航天器型号测试过程中，进行母线电压控制功能测试工作时，通常采用如下测试方法：利用转接电缆和转接盒将航天器供电母线引出至航天器外部，由测试人员利用示波器从转接盒上捕捉母线电压超调情况，记录数据和母线电压波形，同时利用母线电压遥测参数辅助监测母线电压超调情况(如图2所示)。

然而，图2所示的测试方法存在以下不足：

1)需要测试人员到现场操作示波器，记录测试结果，测试期间操作复杂，此类测试项目只能安排为专项测试，不能与其他测试项目结合，测试效率低、不灵活；

2)航天器一般采用无线测试，测试人员在航天器周围活动对无线信号传输可能会造成影响，同时航天器周围电磁辐射较强，测试人员需要采取防辐射保护措施，测试安全性较差；

3)由于遥测参数为离散量，采集周期为500ms，母线电压超调一般为ms现象，测试判读人员利用遥测参数检查母线电压超调的可能性基本上不到百分之一的概率，因此母线电压遥测参数辅助监测母线电压超调情况只能是一种辅助手段，很难捕捉到异常现象；

4)采用转接盒和转接电缆的接入模式，测试设备接入系统测试环节较多，准备工作和撤收工作量大，使得测试实施较为繁琐。

因此，随着航天器功能和应用的发展，大功率脉冲型负载配套越来越多，在航天器地面测试验证期间，对于供电母线电压控制功能的测试工作越来越重要，为了改进航天器供电母线电压控制功能测试验证工作，进一步提高测试的便利性和可操作性，需要设计一种航天器供电母线电压超调检测装置，便于接入航天器系统，自动监测和判断母线电压超调现象，并通过数据接口接入测试指挥系统，向测试人员报告测试情况，提高测试实施的效率和便利性。

技术实现要素：

针对目前航天器供电母线电压控制是否存在超调问题的测试方法存在的操作复杂、效率地、不便利、存在安全隐患等局限性，本发明提出了一种航天器供电母线电压超调检测装置的解决方案，结合航天器测试需求，采用自动监测和判断、远程控制等技术手段，方便而有效地完成母线电压超调监测，便于测试项目安排和实施，提高了测试工作的效率和安全性。

因此，本发明提供了一种航天器供电母线电压超调检测装置，用于接入航天器，自动监测和判断航天器的供电母线的电压超调，包括：前端检测装置，通过接入电缆接入航天器的供电母线，用于采用电压比较电路和系统中断触发机制来实时监测航天器的供电母线电压，并采用a/d采集电路来监视供电母线的电压纹波大小；以及控制计算机，用于接收并存储前端检测装置发送的监测数据，作为远程终端接入综合测试网将监测数据发送至监视终端，并接收总控系统的命令，其中，前端检测装置和控制计算机通过rs-422串口进行通信。

优选地，前端检测装置采用的是28v直流电源供电。

在前端检测装置中，当航天器的供电母线电压超过预设值时，系统中断被触发并生成母线电压超调报警信息，同时记录当前时刻，a/d采集电路以每2ms一次的采样率来采集航天器的供电母线电压，从而检测供电母线的电压纹波大小。

具体地，前端检测装置由保护模块、电压比较模块、采集模块、控制模块、存储模块、串口通信模块、电源模块组成，其中，在控制模块上运行有前端检测装置用的软件，用于：控制电压比较模块来实时监测航天器的供电母线电压是否超调；控制采集模块来按照1ms一次的采样率来采集航天器的供电母线电压；以及控制串口通信模块与控制计算机通信，从而发送检测数据和接收控制命令。

控制计算机采用pc机实现并且安装有串口通信板卡和网卡，其中，在控制计算机的软件控制下，串口通信板卡与前端检测装置通信并发送控制命令和接收检测数据，以及网卡与综合测试网通信并发送检测数据和接收控制命令。

接入电缆用在配电设备和电缆之间，并且在其中间采用扩点模块将一个点分为二个点，其中，一个点的去向保持不变而另一个点用于连接测试设备。

检测数据至少包括：母线电压超调报警信息和供电母线电压数据。

因此，本发明改变了航天器供电母线电压控制功能测试过程中依靠人工操作、记录、判读是否存在母线电压超调问题的工作模式，采用自动监测、判读和记录数据、远程控制等技术手段，实现了航天器供电母线电压超调问题的自动判读，便于测试项目安排和实施，提高了测试工作的效率和安全性。

与现有技术相比，采用本发明可以实现以下的有益效果：

1)实现了航天器母线电压超调的自动监测、判读和数据记录，释放了测试对人的需求，优化了测试流程，去掉了人员到现场操作示波器、记录测试结果、人工判读等复杂环节，使得航天器供电母线电压控制功能测试可以与其他测试项目并行开展，有效提高了测试项目的可实施性和灵活性；

2)支持测试人员远程操作控制测试实施，解决了测试人员在现场与无线测试之间互相影响的矛盾，提高了测试安全性；

3)采用电压实时比较的监测模式，解决了遥测参数500ms一次采集率导致暴露问题概率低的制约，母线电压超调的情况均可被记录，有效提高了测试工作暴露问题的效率；

4)采用更为便利的接入电缆设计，替代转接电缆和转接盒的模式，优化了测试设备接入系统测试环节，使得测试实施更为便利。

附图说明

图1是现有技术中的全调节母线的原理图；

图2是现有技术中的航天器母线电压控制功能测试的实施图；

图3是根据本发明的航天器供电母线电压超调检测装置的设备组成及接口关系的示意图；

图4是前端检测装置的组成框图；

图5是控制计算机的组成框图；

图6是接入电缆的示意图；

图7是根据本发明改进后的航天器母线电压控制测试的实施图；

图8是保护模块电路的原理图；

图9是电压比较模块的电路原理图；

图10是采集模块的电路原理图；

图11是片外程序存储器与8032间的电路原理图；

图12是片外数据存储器的电路原理图；

图13是电源监测及看门狗的电路原理图；

图14是串口通信模块的电路原理图；

图15是前端检测装置控制模块软件的主程序流程图；

图16是前端检测装置控制模块软件的定时器0中断服务程序流程图；

图17是前端检测装置控制模块软件的外部中断0中断服务程序流程图；

图18是控制计算机软件的流程图。

具体实施方式

下面结合附图3-18及具体实施方式对本发明进行详细说明。

航天器供电母线电压超调检测装置用于实现对综合测试期间母线电压是否超调的自动监测和判读。如图3所示，航天器供电母线电压超调检测装置由前端检测装置和控制计算机组成，前端检测装置采用28v直流电源供电，通过接入电缆接入航天器供电母线，采用电压比较电路和系统中断触发机制，实时监测航天器供电母线电压，当电压超过设定值时，触发系统中断生成母线电压超调报警信息，并记录下发生时刻；同时前端检测装置设置a/d采集电路，以每2ms一次的采样率采集母线电压，用于监视母线电压纹波大小；前端检测装置和控制计算机通过rs-422串口进行通信，前端检测装置通过rs-422串口将母线电压超调报警信息、母线电压数据等检测数据发送给控制计算机；控制计算机负责接收并存储前端检测装置发送的检测数据，同时作为远程终端接入综合测试网，将检测数据送至测试岗位人员所用监视终端，并接收总控系统命令。具体的设备组成及接口关系如图3所示。

如图4所示，前端检测装置由保护模块、电压比较模块、采集模块、控制模块、存储模块、串口通信模块、电源模块组成。在控制模块上运行前端检测装置软件，用于控制电压比较模块实时监测母线电压是否超调；用于控制采集模块按照1ms一次的采样率采集母线电压；用于控制串口通信模块与控制计算机通信，发送检测数据和接收控制命令。

如图5所示，控制计算机采用pc机实现，安装串口通信板卡、网卡。在控制计算机软件的控制下，控制串口通信板卡与前端检测装置通信，发送控制命令和接收检测数据；控制网卡与测试网通信，发送检测数据和接收控制命令。

28v直流电源采用的是商用采购直流电源。

如图6所示，接入电缆用在配电设备和电缆之间，在接入电缆中间采用扩点模块将点1分为2，1个去向保持不变，1个用于接测试设备。

图7为基于航天器供电母线电压超调检测装置进行航天器母线电压控制功能测试的实施图。其中，采用本发明的航天器供电母线电压超调检测装置作为解决方案，结合航天器测试需求，采用自动监测和判断、远程控制等技术手段，方便而有效地完成母线电压超调监测，便于测试项目安排和实施，提高了测试工作的效率和安全性。

如图8所示，在前端检测装置的入口处，即航天器供电母线正、负端入口，设置保护模块电路，其由二极管和熔断器组成。

其中，二极管d1起到隔离保护作用，防止前端检测装置内部电压串入航天器供电母线引起故障。d1型号应根据航天器供电母线电压选择确定，对100v供电母线，可选择1n5806。

熔断器f1、f2起到短路保护作用，防止前端检测装置内部短路故障，引起航天器供电母线故障。f1、f2型号应根据航天器供电母线电压选择确定，对100v供电母线，可选择mga-s-125v-0.26a。

电压比较模块电路的原理图如图9所示。比较器lm193的同相端接ad586输出的+5v基准，航天器供电母线输出电压通过电阻分压接比较器的反相端。输出电压检测的低端电阻应考虑采取并联设计，防止当1个电阻开路失效时引起lm193动作。正常情况下，比较器反相端电压小于同相端电压，比较器输出通过上拉电阻为高电平(供电电压为+12v，高电平电压大于10v)，当航天器供电母线输出电压超过设定值时，比较器输出变为低电平(低电平电压小于1v)，比较器输出下降沿，接入控制模块中断系统，作为中断信号触发控制模块工作。

采集模块电路的原理图如图10所示。供电母线电压分压后经运放ad620将0～5v的模拟电压放大为0～10v的电压后送12位模数转换器adc574。通过adc574的a0的信号控制，分两次读取转换后的12位数据。

控制模块采用80c32芯片，设置12m的时钟振荡电路，采用8k片外程序存储器、8k片外数据存储器，并设计配置电源监测及看门狗电路。8k片外程序存储器采用ut28f64t-35pcc芯片，电路原理图如图11所示。

以单片机的信号作为控制片外扩展程序存储器的芯片选通的信号。以单片机的信号作为控制片外扩展程序存储器的数据输出使能的信号。当单片机上电复位时，单片机读取程序存储器数据时，单片机输出为低电平，此时，程序存储器数据输出使能信号有效，单片机读取的数据为程序存储器存储的数据。

8k片外数据存储器采用kw064rh芯片，电路原理图如图12所示。数据存储器的cs2信号设置恒为高。以单片机的信号作为片外数据存储器的读选通和写选通信号。当单片机需要读写片外数据存储器时，通过使其被选通。

电源监测及看门狗电路采用max706m芯片，电路原理图如图13所示。电源监测电路触发电平在4.4v附近，触发器为电平触发方式，电源过低时复位系统，输出低电平宽度为140～280ms，当电源恢复正常后自动终止复位信号输出。看门狗时间为1.6s，看门狗复位(clrdog)信号定期清除电源监测电路复位信号。设置手动复位开关j1，根据需要手动复位系统。j2开关用于控制是否引入看门狗狗咬信号，用于配合进行软件调试。产品交付时j2开关处于闭合状态。

串口通信模块采用max1490器件，其电路原理图如图14所示。

接下来，将详细介绍前端检测装置的控制模块的软件流程。

应了解，前端检测装置控制模块软件流程包括主程序流程、定时器0中断服务程序流程和外部中断0中断服务程序流程，具体如图15、图16、图17所示。

前端检测装置在控制模块软件的控制下，工作过程如下：

首先进行主程序流程初始化系统，包括数据采集通道、定时器0、外部中断、串口通信、消息缓冲区变量等初始化工作，其中定时器0初始化为2ms触发一次定时中断的模式，外部中断0设置为下降沿触发中断模式，串口通信速率设置为19.2kbps；然后开放中断，随后主程序进入空循环等待模式；

利用定时器0中断服务程序实现电压采集功能，以1ms为周期，从开放中断后，每隔1ms，主程序被打断进入一次定时器0中断，进入中断后首先采集一次电压数据，然后将此电压数据填入消息缓冲区，随后利用串口将消息缓冲区数据发送至控制计算机(注意发送期间应关闭中断)，退出中断，进入主程序空循环等待模式；

利用外部中断0中断服务程序实现电压超调监测功能，从开放中断后，当出现母线电压超调，引发电压比较模块变为低电平(低电平电压小于1v)，输出下降沿时，触发外部中断0，打断主程序或定时器0中断服务程序执行，进入外部中断0中断服务程序，电压超限计数变量加1后，将电压超限计数写入消息缓冲区，退出中断。

控制计算机硬件拟采用商用计算机(含以太网卡)、rs422板卡(pci接口)配置，控制计算机通过rs422串口与前端检测装置通信，实现电压采集和电压超调监测数据的采集和存储功能；控制计算机通过以太网与监视终端通信，将电压采集和电压超调监测数据送监视终端显示，用于判断人员远程监视判读。

控制计算机的软件流程如图18所示。控制计算机软件初始化rs422板卡，利用板卡缓冲区能够接收至少1s内前端检测装置发送的所有数据，软件设置计时器，每500ms进入一次循环，循环开始首先从rs422板卡缓冲区读取前端检测装置发送的所有数据，进行数据检查后在本地存储，然后通过网络发送至监视终端显示供测试人员判读，数据发送成功后查询通过网络是否接收到“停止检测”的命令，收到则退出，否则进入下一次循环。

综上所述，通过本发明，改变了航天器供电母线电压控制功能测试过程中依靠人工操作、记录、判读是否存在母线电压超调问题的工作模式，采用自动监测、判读和记录数据、远程控制等技术手段，实现了航天器供电母线电压超调问题的自动判读，便于测试项目安排和实施，提高了测试工作的效率和安全性。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。