一种运载器电气控制系统的制作方法
【专利摘要】一种用于运载器上负载设备的电气控制与信号检测的电气控制系统，对重要功能采用了DSP嵌入式数字信号处理系统与模拟信号处理系统并联的冗余设计，提高了系统的可靠性，系统还具有自我检测、自我诊断能力，提升了系统的综合性能。
【专利说明】
一种运载器电气控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种电气控制系统，用于运载器上负载设备的电气控制与信号检测，特别适用于对可靠性、体积和重量要求较高的场合。
【背景技术】
[0002]空间飞行器电气控制系统具有飞行器内部电源管理与监测、状态检测、信号激励、发射控制等功能，是空间飞行器上的重要系统之一，对于可靠性、体积和重量的要求较高。
[0003]电气控制系统用于对运载器上的多个负载设备进行供配电控制与检测、负载设备状态检测与分离控制等功能，大部分功能是通过与地面测发控系统的信息交互来实现的，并且往往以模拟信号的形式进行传输，这种方式使得所选用的电气控制系统内部的元器件的结构和种类较为简洁，满足系统对可靠性的要求。随着智能化设备的发展，人们不仅满足于将运载器上信息传输至地面以后再处理，更希望电气系统逐渐具有自我检测、自我诊断等能力，而且随着元器件和嵌入式技术的快速发展，嵌入式系统的可靠性越来越高而成本却快速降低、体积越加小巧。因此，如果在原有模拟信号交互形式的基础上并联具备一些智能化功能的嵌入式系统，将大幅提高系统的可靠性，并提升系统的综合性能。
【发明内容】
[0004]本发明的技术解决问题:克服现有用于运载器电气控制系统的不足，提高原有系统的可靠性，提出了一种采用DSP嵌入式数字信号处理系统与模拟信号处理系统并联式冗余设计的电气控制系统，使系统具备自我检测、自我诊断的能力，提升了系统的综合性能。
[0005]本发明的技术解决方案:一种运载器电气控制系统，其特征在于:系统采用数字信号处理系统和模拟信号处理系统并联的方式实现了对多个负载设备的电气控制和信号检测，并将检测结果的数字信号和模拟信号同时发送至地面测发控系统，数字信号处理系统和模拟信号处理系统包括:
[0006]隔离及驱动电路010:将1#?n#负载设备检测信号处理后分别送入数字信号处理电路030和模拟信号处理电路040，并由二次电源电路020提供5V和15V供电；
[0007]二次电源电路020:由电气控制执行电路050提供系统供电27V，为隔离及驱动电路010提供5V、15V直流供电，为数字信号处理电路030和模拟信号处理电路040提供5V直流供电，并向数字信号处理电路030提供二次电源检测信号；
[0008]数字信号处理电路030:由二次电源电路020提供5V供电，接收隔离及驱动电路010输出的隔离后1#?n#负载设备检测信号，通过RS-422总线接收地面测发控系统数字量控制信号，发出1#?n#负载设备供/断电控制信号、1#?n#负载设备转电和应急断电控制信号和1#?n#负载设备分离控制信号至电气控制执行电路050，并采集电气控制执行电路050反馈的继电器状态检测信号、二次电源电路020反馈的检测信号，将信号检测和自检的数字量检测结果通过RS-422总线发送至地面测发控系统。
[0009]模拟信号处理电路040:由二次电源电路020提供5V供电，接收地面测发控系统模拟控制信号和隔离及驱动电路OlO输出的1#?n#负载设备检测信号，发出1#?n#负载设备供/断电控制信号、1#?n#负载设备转电和应急断电控制信号和1#?n#负载设备分离控制信号至电气控制执行电路050，并将模拟量检测结果发送至地面；
[0010]电气控制执行电路050:与二次电源电路020相连，并控制系统供电27V的来源取自1#负载设备或地面供电27V，接收分别来自数字信号处理电路030和模拟信号处理电路040的1#?n#负载设备供/断电控制信号、1#?n#负载设备转电和应急断电控制信号和1#?n#负载设备分离控制信号，向外发出1#?n#负载设备电气控制信号；
[0011]电气控制执行电路050其特征在于:负载设备的供/断电控制和分离控制执行电路均采用将两个具有双对触点的电磁继电器并联结构，将其中的三对触点并联以增加负载电路的电流承载能力并增强电路可靠性，另外一对触点用于继电器状态检测;采用将两个具有双对触点的磁保持继电器的并联结构实现对多个负载设备的转电和应急断电控制，转电前系统由地面27V直流电源供电，转电后系统由1#负载设备27V供电。
[0012]本发明的原理:采用了冗余设计的可靠性设计方法，对系统的重要功能同时采用数字信号处理系统与模拟信号处理系统实现，这些重要功能包括对负载设备的电气控制和信号检测，对于采用了继电器电路的电气控制执行电路也采用了冗余设计方法。冗余设计的可靠性模型为并联模型，只有当两个并联模块均失效时系统才会表现出故障。数字信号处理电路采用了基于DSP的嵌入式技术。接口电路均采取了隔离措施，模拟电压采样和二次电源电路利用变压器耦合原理实现与对方电路的隔离。
[0013]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0014](I)采用了数字信号处理电路与模拟信号处理电路并联的冗余设计，大大提高了电气控制和信号检测的可靠性
[0015](2)数字信号处理电路采用了体积小、集成度高的DPS嵌入式系统，使系统具备自我检测和自我诊断的能力，大幅提升了系统性能；
[0016](3)电气控制执行电路采用了并联结构的继电器冗余电路设计，并考虑了继电器的状态检测，所采用的设计方法提高了系统的可靠性和可测试性。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的系统电路总框图，
[0018]010——隔离及驱动电路；020——二次电源电路；030——数字信号处理电路；040一一模拟信号处理电路;050—一电气控制执行电路；
[0019]图2为本发明的电气控制执行电路框图，
[0020]061?06n——1#?n#供/断电控制电路I ;071?07n——1#?n#供/断电控制电路2;081?08n——1#?n#转电与应急断电控制电路I;091?09n——1#?n#转电与应急断电控制电路2; 101?1n--1#?n#分离控制电路I; 111?Iln--1#?n#分离控制电路2;
【具体实施方式】
[0021]本发明的电气控制系统功能包括负载设备的供/断电控制、转电控制、应急断电控制和分离控制。信号检测系统功能包括供电电压检测、电池开路电压检测、电池供电状态信号检测、在位信号检测。
[0022]本发明的系统电路总框图如图1所示，系统电路共包含5个模块:隔离及驱动电路、二次电源电路、数字信号处理电路、模拟信号处理电路和电气控制执行电路。
[0023]地面测发控系统分别给出模拟控制信号和数字量控制信号，这里的电气控制信号包括负载设备的供/断电控制、转电控制、应急断电控制和分离控制。地面测发控系统模拟控制信号为电压信号，当信号有效时为高电平27V，当信号无效时为低电平0V，送入模拟信号处理电路后产生继电器控制信号再进入电气控制执行电路，控制相应继电器的闭合或者断开。地面测发控系统数字量控制信号通过RS-422总线进入数字信号处理电路，DSP处理器接收后通过I/O端口输出电气控制TTL电平，再经过电平转换后输出继电器控制信号送至电气控制执行电路。
[0024]1#?n#负载设备检测信号包括每个负载设备的供电电压检测信号、电池开路电压检测信号、电池供电状态检测信号、在位信号检测信号，其中供电电压检测信号和电池开路电压检测信号为O?27V的模拟电压信号，电池供电状态检测信号和在位信号检测信号为通断状态信号。
[0025]检测的模拟电压信号经过由变压器耦合隔离运算放大器构成的隔离电路后，一路进入数字信号处理电路，再经过A/D采样模块后进入DSP内部的处理器，最后通过RS-422总线将电压值发送至地面；另一路进入模拟信号处理电路的比较器电路，当被测电压不小于24V时输出高电平，否则输出低电平，然后进入与非门电路，当η个负载设备的供电电压检测信号或电池开路电压检测信号均不小于24V时与非门电路输出低电平，否则输出高电平，再经过5V的驱动电路作为模拟量检测结果输出至地面，可驱动地面接收端的光耦。
[0026]检测的通断信号经过电平转换电路后转为TTL电平信号，一路进入数字信号处理电路内部的DSP，最后通过RS-422总线将检测结果发送至地面;另一路进入模拟信号处理电路内的与非门电路，当η个负载设备的电池供电状态检测信号或在位信号检测信号均导通时输出低电平，否则输出高电平，再经过5V的驱动电路作为模拟量检测结果输出至地面，可驱动地面接收端的光耦。
[0027]电气控制执行电路框图如图2所示，数字信号处理电路或者模拟信号处理电路同时向丨#?!!#负载设备发出上述电气控制信号中的一种信号，这里以供/断电控制信号为例进行说明。1#?n#负载设备供/断电控制信号进入电气控制执行电路后分为η路信号，分别送至每个负载设备的供/断电控制电路。负载设备的供/断电控制电路采用了将两个继电器电路并联的冗余设计，每个继电器具有两对触点并且每对触点的额定电流均满足负载设备的供电要求，图2中的I #?n#供/断电控制电路I中的继电器的两对触点为并联关系，1#?n#供/断电控制电路2中继电器中的一对触点的信号引出到数字信号处理电路，因此每个负载设备的供/断电控制电路提供电流的承载能力是额定电流的三倍。转电控制、应急断电控制和分离控制的执行电路的冗余设计和检测方法与供/断电控制电路一致，另外转电与应急断电控制电路采用了磁保持继电器，实现了当地面控制信号撤销时仍能够保持原来供电状态的功能。
[0028]数字信号处理电路采集其它模块的检测信息，包括二次电源电压5V和15V检测、电气控制执行电路中继电器的状态检测，并能够通过供电电压检测信号和电池开路电压检测信号分析负载设备的供电情况，对供电信号中出现的异常情况进行分析和诊断，给出系统故障的预警和诊断信息。
[0029]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
【主权项】
1.一种运载器电气控制系统，其特征在于:系统采用数字信号处理系统和模拟信号处理系统并联的方式实现了对多个负载设备的电气控制和信号检测，并将检测结果的数字信号和模拟信号同时发送至地面测发控系统，数字信号处理系统和模拟信号处理系统包括: 隔离及驱动电路(OlO):将1#?n#负载设备检测信号处理后分别送入数字信号处理电路(030)和模拟信号处理电路(040 )，并由二次电源电路(020)提供5V和15V供电； 二次电源电路(020):由电气控制执行电路(050)提供系统供电27V，为隔离及驱动电路(010)提供5V、15V直流供电，为数字信号处理电路(030)和模拟信号处理电路(040)提供5V直流供电，并向数字信号处理电路(030)提供二次电源检测信号； 数字信号处理电路(030):由二次电源电路(020)提供5V供电，接收隔离及驱动电路(010)输出的隔离后1#?n#负载设备检测信号，通过RS-422总线接收地面测发控系统数字量控制信号，发出1#?n#负载设备供/断电控制信号、1#?n#负载设备转电和应急断电控制信号和1#?n#负载设备分离控制信号至电气控制执行电路(050)，并采集电气控制执行电路(050)反馈的继电器状态检测信号、二次电源电路(020)反馈的检测信号，将信号检测和自检的数字量检测结果通过RS-422总线发送至地面测发控系统； 模拟信号处理电路(040):由二次电源电路(020)提供5V供电，接收地面测发控系统模拟控制信号和隔离及驱动电路(010)输出的1#?n#负载设备检测信号，发出1#?n#负载设备供/断电控制信号、1#?n#负载设备转电和应急断电控制信号和1#?n#负载设备分离控制信号至电气控制执行电路(050)，并将模拟量检测结果发送至地面； 电气控制执行电路(050):与二次电源电路(020)相连，并控制系统供电27V的来源取自1#负载设备或地面供电27V，接收分别来自数字信号处理电路(030)和模拟信号处理电路(040)的1#?n#负载设备供/断电控制信号、1#?n#负载设备转电和应急断电控制信号和1#?n#负载设备分离控制信号，向外发出1#?n#负载设备电气控制信号。2.根据权利要求1所述的运载器电气控制系统，其特征在于:负载设备的供/断电控制和分离控制执行电路均采用将两个具有双对触点的电磁继电器并联结构，将其中的三对触点并联以增加负载电路的电流承载能力并增强电路可靠性，另外一对触点用于继电器状态检测;采用将两个具有双对触点的磁保持继电器的并联结构实现对多个负载设备的转电和应急断电控制，转电前系统由地面27V直流电源供电，转电后系统由1#负载设备27V供电。
【文档编号】G05B19/042GK105911897SQ201610488236
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】刘芳, 薛健, 张自强
【申请人】北京航天新风机械设备有限责任公司