[发明专利]具有故障模拟功能的飞轮模拟器及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞轮模拟器及其模拟故障的实现方法。

背景技术

飞轮是惯性器件，在卫星稳态飞行姿态控制中起着至关重要的作用，卫星的三轴稳定控制系统都采用飞轮作为主要的执行部件。采用飞轮的控制系统可以保证卫星在轨运行的可靠性和长寿命。与喷气控制方式相比较，飞轮控制方式具有燃料消耗少，控制精度高，无环境污染，寿命长等明显优点。所以在卫星姿态控制中得到广泛的应用。

反作用飞轮是飞轮产品中的主要类型，控制系统利用飞轮正反转加速、减速所产生的反作用力矩，直接作用于卫星星体产生控制力矩。反作用飞轮控制方式控制精度高，为许多高精度卫星所采用。

飞轮模拟器主要用来模拟真实飞轮的输入输出特性，解算飞轮模型。飞轮模拟器作为一种重要的仿真模拟设备，与采用真实飞轮进行卫星姿态控制系统的地面测试相比，具有经济性、可控性、无破坏性、可靠性等诸多优点，可以极大地降低卫星地面测试过程中的成本，提高测试过程的易操控性、安全性和可靠性。同时，由于可以在线调整飞轮电模拟器内部参数来改变电模拟器的输出特性(如：最大转速、转动惯量等)，使其应用于不同型号卫星的地面测试过程中，提高飞轮电模拟器的通用性，同时提高使用效率，降低成本。

发明内容

本发明为了解决现有的飞轮模拟器不支持故障模拟功能的问题，提供一种具有故障模拟功能的飞轮模拟器及实现方法。

具有故障模拟功能的飞轮模拟器，它由RS-485收发器、控制电压输入接口、A/D转换器、数据处理器DSP、数字隔离磁耦、第一D/A转换器、第二D/A转换器、驱动芯片、第一模拟量输出口、第二模拟量输出口、飞轮转速输出口和飞轮转速方向输出口，所述RS-485收发器的串行通讯口与所述数据处理器DSP的RS-485串行通讯口相连，RS-485收发器用于注入飞轮模拟器的参数及故障类型，控制电压输入接口的输出端与A/D转换器输入端相连，A/D转换器的信号输入/输出端与数据处理器DSP的电压信号输入/输出端相连，数据处理器DSP的飞轮轴温信号输出端与数字隔离磁耦的第一数字量输入端相连，数据处理器DSP的飞轮电机电流信号输出端与数字隔离磁耦的第二数字量输入端相连，数据处理器DSP的飞轮转速输出端与数字隔离磁耦的飞轮转速输入端相连，数据处理器DSP的飞轮转速方向输出端与数字隔离磁耦的飞轮转速方向输入端相连，数字隔离磁耦的第一数字量输出端与第一D/A转换器的信号输入端相连，第一D/A转换器的信号输出端与第一模拟量输出口的信号输入端相连、数字隔离磁耦的第二数字量输出端与第二D/A转换器的信号输入端相连，第二D/A转换器的信号输出端与第二模拟量输出口的信号输入端相连、数字隔离磁耦的飞轮转速输出端与驱动芯片的飞轮转速输入端相连，驱动芯片的飞轮转速输出端与飞轮转速输出口的信号输入端相连，数字隔离磁耦的飞轮转速方向输出端与驱动芯片的飞轮转速方向输入端相连，驱动芯片的飞轮转速方向输出端与飞轮转速方向输出口的信号输入端相连，数据处理器DSP内部固化有飞轮模拟器主控制器和控制电压缓存器。

使用上述模拟器实现飞轮故障模拟的方法，每次故障模拟具体如下：

步骤A、参数和故障类型通过RS-485收发器注入飞轮模拟器主控制器，所述参数包括飞轮模型参数、仿真周期信息、飞轮轴温参数和飞轮电机电流数据参数；

步骤B、A/D转换器采集当前控制电压U，并将所述电压U传递至飞轮模拟器主控制器；

步骤C、飞轮模拟器主控制器将控制电压缓存器a的内容更新为步骤B获得的控制电压U；

步骤D、飞轮模拟器主控制器根据接收到的参数和故障类型进行故障注入指令的分析，按照故障类型输出相应故障信号；

步骤D中输出的信号中的遥测飞轮轴温信号和遥测飞轮电机电流信号通过数字隔离磁耦发送给D/A转换器进行数/模转换，转换后获得的两路模拟信号分别经第一模拟量输出口和第二模拟量输出口输出；飞轮模拟器主控制器将步骤D获得的飞轮转速脉冲信号和转速方向信号通过数字隔离磁耦发送给驱动芯片，获得两路驱动信号经飞轮转速输出口和飞轮转速方向输出口输出。

本次故障模拟结束后返回步骤A进行下一次故障模拟。

本发明用于卫星测试或其他系统中，使原本不支持故障模拟功能的飞轮设备模拟器支持故障模拟。本发明采用DSP为核心控制器实现了反作用飞轮的电气特性的模拟，数字隔离磁耦进一步隔离了星上设备与地面测试设备电气，DSP能够根据故障注入的参数对飞轮模型进行调整，设计灵活。本发明适用于卫星姿态控制系统测试与仿真。

附图说明