用于空间站的四重冗余对接控制系统设计

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗余的工作机制,包括主备机双热备份、自动/手动控制模式切换、自动控制关闭指令双线发送和工作模式的三取二判断,对四重冗余设计的具体判断流程进行了详细的解释。对控制系统软件进行仿真验证,结果表明:本方法设计的对接控制系统具有高可靠性和故障容错能力。

堆叠钢材自动打包机控制系统设计

针对堆叠钢材质量重、体积大、翻转难的特点,以西门子S7-200系列可编程逻辑控制器(PLC)和Weinview触摸屏为核心设计了原位自动打包自动控制系统.在此系统中,开发了PLC和触摸屏控制程序,实现了打包规格和电机速度等工艺参数的在线设置,完成自动打包、手动调试、报警保护和故障诊断等系统功能;开发设计了设计4路频率独立可调的脉冲发生电路,作为电机通用驱动板.所设计系统可以在1min之内对尺寸400mm×600mm×800mm^600mm×800mm×2 000mm、质量为1~3t的堆叠钢材完成自动打包,提高了生产效率.

电渗析水处理pH值控制系统设计

电渗析技术以其独特优势,在水处理、食品和化工等领域有着广泛的应用。针对电渗析水处理系统出水酸碱度可调的应用需求,利用STM32F407RET6单片机开发了一套基于PID算法的pH值控制系统,运用PWM方式完成了电渗析电源电压的快速控制,实现电渗析水处理系统出水pH值的快速调节,调节时间小于30s。所述酸碱度控制系统的开发,有助于提升水处理系统的响应速度,提高水质监控水平。

基于三机仲裁算法的高可靠推进控制系统设计

推进控制系统作为空间站的重要组成部分,其实现的轨道控制和姿态调整功能是空间站正常在轨运行的关键。为避免太空中诸如单粒子效应等不利因素对推进功能的影响,保证推进控制系统正确执行推进指令,对系统中央处理器(CPU)模块进行三机冗余,采用三机仲裁算法对三机CPU进行表决,并通过仿真验证了三机仲裁算法可有效屏蔽一机故障,显著提升了系统的容错能力。基于马尔科夫链对系统可靠性进行计算分析,结果表明:采用三机冗余设计的推进控制系统,其CPU模块平均无故障时间增加83.3%,极大提高了系统的可靠性。

基于FPGA的嵌入式步进电机恒流控制系统设计与实现

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂的功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加的前提下,从简化软件设计角度出发,提出了步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较。由FPGA根据比较结果对步进电机相电流进行恒流斩波,以控制步进电机相电流误差不大于10%,从而保证浮动连接机构的平稳运行。为验证步进电机相电流控制效果,采用仿真和实验的方法进行测试,测试结果表明,基于FPGA恒流斩波的闭环控制方式可以有效地将步进电机相电流误差限定在10%范围内。

基于马尔可夫链的空间站推进1553B通信系统可靠性分析

推进功能的正常实现为空间站长期在轨运行提供重要保障。1553B通信系统作为推进功能的重要组成部分,承担着推进系统与外界进行数据交互的任务,其可靠性设计至关重要。为提高1553B通信系统可靠性,分别对包含数据隔离芯片在内的远程终端及其处理器进行双余度冗余设计。通过建立故障树对1553B通信系统可靠性进行分析,并引入平均无故障时间、可靠度等定量指标,基于马尔可夫链建立可靠性模型进行定量计算。结果表明,1553B通信系统平均无故障时间增加1.947倍,可靠度增长3.89%,故障概率则下降超98%,由此验证了双余度冗余设计能够有效地提升1553B通信系统的可靠性。

基于改进型神经网络PID算法的太阳翼α驱动控制技术

对日定向跟踪技术是太阳翼保持最大发电效率的关键,而诸如空间站等大型太阳翼,α驱动方向上的任何扰动都可能导致对日定向精度变差从而降低发电效率,甚至导致舱体剧烈振动。为了减小扰动的影响,本文以某宇航型号空间站太阳翼α驱动控制技术为研究背景,提出采用改进型BP神经网络PID算法抑制齿轮间隙冲击扰动和摩擦扰动,并采用MATLAB对算法进行了验证。改进后的控制器相比于传统PI控制,动态性能、跟随效果更好,能实现PID参数自适应调节,且各指标均满足空间站太阳翼控制系统实际指标要求。

空间站双冗余TCP以太网通讯机制设计与实现

针对空间站用控制器处理数据量大、在轨维护难度大、制作及维护成本高等特点,基于高可靠性的设计原则,提出了一种基于FPGA+W5500的空间站高可靠TCP以太网通讯机制。在满足功能需求的前提下,利用以太网控制器W5500实现高集成度、高速、高可靠性的可自动无缝切换的双路冗余TCP以太网协议通讯设计,提高了航天用控制器与上位机之间的大容量数据高速通讯的可靠性,广泛适用于空间站TCP以太网的通讯环境。通过理论分析和试验充分验证了此种通信机制的双路自动切换功能的有效性。与传统冗余设计方法相比,这种主备机切换机制设计成本低,可靠性强,具有一定的工程应用价值,可在航天领域推广使用。