一种可自主当班控制的冗余结构容错控制器的制作方法

本发明涉及一种可自主当班控制的冗余结构容错控制器，属于航天器回收控制。

背景技术：

1、在航天器的返回控制器设计上，多采用三取二的设置方式，但是单纯的三取二控制逻辑不能满足在双重故障上实现业务的连续，针对载人领域的高可靠应用，需要拓展两个方面：第一是需要返回控制器产品能够自主的判断和决策自身工作的状态，并自动将故障的控制单元隔离，采用一定的优先级来实现该功能；第二是在控制电路上，需要打破传统的简单三取二的控制逻辑，实现在双重故障下单机能够可靠输出信号。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种可自主当班控制的冗余结构容错控制器，采用自主故障判断方式，实现当班机的优先级控制以及双重故障的控制。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种可自主当班控制的冗余结构容错控制器，包括二次电源电路、数据采集与转换电路、fpga控制板、遥测当班机控制电路、三取二电路、逆向三取二电路以及火工管理电路；

4、所述数据采集与转换电路采集外部的敏感器电压、电流信号，转换为数字信号后发送至fpga控制板；

5、所述fpga控制板包括三个相互独立且电路结构相同的fpga控制电路，每个fpga控制电路判断注入的控制程序是否正常运行，生成两个独立且幅值相反的、用于表征fpga是否正常运行的脉冲信号发送至遥测当班机控制电路；

6、所述遥测当班机控制电路根据各fpga控制电路发出的信号，判断三个fpga控制电路的工作状态，输出正确指令至火工管理电路，火工管理电路输出火工品执行信号；

7、所述二次电源电路接收外部的供电，为控制器上数据采集与转换电路、fpga控制板、遥测当班机控制电路、三取二电路、逆向三取二电路以及火工管理电路供电。

8、优选的，所述遥测当班机控制电路包括当班状态检测电路、当班逻辑自主生成电路、对外串口当班控制电路、指令三取二电路、指令逆向三取二电路；

9、所述当班状态检测电路包括三个独立且相同的积分电路，分别接收三个fpga控制电路输出的脉冲信号；每个积分电路对脉冲信号进行积分转换，产生对应控制电路的高电平健康信号h、低电平健康信号l；

10、所述当班逻辑自主生成电路为“与门”和“非门”组成的逻辑阵列，接收三个积分电路输出的6个信号，依据信号状态对应生成6个当班信号；若三个fpga控制电路均正常工作，则选取三取二电路输出正确指令；若三个fpga控制电路中任意一个出现故障时，选取指令三取二电路输出正确的指令，屏蔽产生故障的一路指令；若三个fpga控制电路中任意两路产生故障时，选取指令逆向三取二电路，屏蔽两路指令输出，输出最终一路正确的指令；

11、所述对外串口当班控制电路接收当班信号，对各fpga控制电路的对外串口电路进行开关控制。

12、优选的，当班逻辑自主生成电路接收三个积分电路输出的6个信号，依据信号状态对应生成6个当班信号，生成方法为：

13、三个fpga控制电路记为a机、b机、c机；当“a机健康信号h”、“a机健康信号l”分别为1和0时，“a机当班信号h”、“a机当班信号l”、“b机当班信号h”、“b机当班信号l”、“c机当班信号h”、“c机当班信号l”输出分别为1、0、0、1、0、1；

14、当“a机健康信号h”、“a机健康信号l”分别为0和1，“b机健康信号h”、“b机健康信号l”分别为1和0时，“a机当班信号h”、“a机当班信号l”、“b机当班信号h”、“b机当班信号l”、“c机当班信号h”、“c机当班信号l”输出分别为0、1、1、0、0、1；

15、当“a机健康信号h”、“a机健康信号l”、“b机健康信号h”、“b机健康信号l”分别为0、1、0、1，“c机健康信号h”、“c机健康信号l”为1和0时，“a机当班信号h”、“a机当班信号l”、“b机当班信号h”、“b机当班信号l”、“c机当班信号h”、“c机当班信号l”输出分别为0、1、0、1、1、0。

16、优选的，对外串口当班控制电路接收当班信号，对各fpga控制电路的对外串口电路进行开关控制，包括：

17、三个fpga控制电路记为a机、b机、c机；若6位当班信号的前两位为“1、0”时，打开a机对外串口电路而屏蔽b机及c机对外串口控制电路；

18、若6位当班信号的前四位为“0、1、1、0”时，打开b机对外串口电路而屏蔽a机及c机对外串口控制电路；

19、若6位当班信号的前四位为“0、1、0、1、1、0”时，打开c机对外串口电路而屏蔽a机及b机对外串口控制电路。

20、优选的，所述指令三取二电路采用若干个集成指令器件，每个集成指令器件通过两两接收指令的形式，输出三取二之后的指令信号。

21、优选的，逆向指令三取二电路包括第一开关s1、第二开关s2、第三开关s3、第四开关s4、第五开关s5、第六开关s6；

22、fpga控制电路b控制第一开关s1和第六开关s6，当fpga控制电路b的“b机健康信号h”为0、“b机健康信号l”为1，则fpga控制电路b出现故障，第一开关s1开关闭合、第一开关s6常开；否则第一开关s1为常开、s6闭合；

23、fpga控制电路c控制第二开关s2和第四开关s4，当fpga控制电路c的“c机健康信号h”为0、“c机健康信号l”为1，则fpga控制电路c出现故障，第二开关s2开关闭合、第四开关s4常开；否则第二开关s2为常开、s4闭合；

24、fpga控制电路a控制第三开关s3和第五开关s5，当fpga控制电路a的“a机健康信号h”为0、“a机健康信号l”为1，则fpga控制电路a出现故障，第三开关s3开关闭合、第五开关s5常开；否则第三开关s3为常开、s5闭合。

25、优选的，所述fpga控制电路已注入控制程序，接收数据采集与转换电路输出的数字信号作为控制程序的输入，根据控制程序的输出判断电路自身是否正常工作，输出两个表征是否正常运行的信号f1、f2；当出现故障时，f1、f2信号发生变化，停止频率信号的输出。

26、优选的，三个fpga控制电路之间通过rs422接口实现数据的交互，互相比对其他两个控制电路的工作状态与自身工作状态是否一致，当出现不一致时，停止自身f1、f2信号输出。

27、优选的，所述二次电源电路包括电源模块a、电源模块b、电源模块c以及28v电源a、28v电源b，各电源相互之间完全独立，形成冗余备份关系；

28、电源模块a、电源模块b、电源模块c分别为三个fpga控制电路供电，28v电源a、28v电源b两路电源通过二极管进行合路之后输出至容错控制器内部的所有继电器线包使用，包括逆向三取二电路用继电器线包以及火工管理电路板用继电器线包。

29、优选的，火工管理电路由独立的两个电路组成，分别是火工管理电路a以及火工管理电路b，两个电路之间组成冗余的备份关系。

30、本发明与现有技术相比的优点在于：

31、(1)本发明提出了一种采用fpga控制电路a、fpga控制电路b、fpga控制电路c产生的健康频率信号f1、f2，控制产生“a机健康信号h”、“b机健康信号h”、“b机健康信号h”均为高电平，“a机健康信号l”、“b机健康信号l、“b机健康信号l”，经当班逻辑控制电路输出生成fpga控制电路a、fpga控制电路b、fpga控制电路c的优先权。

32、(2)本发明提出了的逆向三取二电路可以实现在双机故障状态下，实现将健康的fpga控制电路自动选出，实现了在双重故障下的系统可靠工作。

33、(3)系统上，本发明组成了一种采用ab系统组成的具备双冗余的点火方式，原传统的采用冗余的器件组成的火工品管理冗余电路不同，将器件级冗余变更为单板功能级的冗余，单个火工管理电路板a与单个火工管理电路板b均能够正常的起爆工作，在火工管理电路板的火工品起爆管理控制电路输出级上采用了高阻接地方式，提升了火工品的安全性。提高了系统的可靠性。