一种空间站太阳翼驱动控制保护方法与流程

1.本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种空间站太阳翼驱动控制保护方法。


背景技术：

2.目前的航天器系统里，无论飞行器大小，太阳翼都是不可或缺的一部分，飞行器在轨运行的能源主要靠太阳翼提供，太阳翼是实现太阳光能到电能转换的重要装置。对于卫星和小型空间飞行器，太阳翼翼展大多为几米到十几米长，其驱动机构较为简单，驱动控制方式较为成熟，对太阳翼的驱动控制保护较为单一，不适用于空间站太阳翼。
3.对于空间站太阳翼而言，由于其双翼展开近60米长，属于大惯量大挠性太阳翼负载，其驱动机构较为复杂，传动和制动装置环节较多。为了实现对空间站太阳翼长期在轨可靠运行，需要设计专门的驱动控制保护策略，在满足太阳翼可靠稳定运行的前提下，对紧急或者故障情况进行及时保护，确保空间站太阳翼的安全性。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种空间站太阳翼驱动控制保护方法，实现对航天领域空间站大型对日定向太阳翼特有的驱动控制形式进行保护。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种空间站太阳翼驱动控制保护方法，包括：软件保护、硬件保护和传动链保护；其中，软件保护为最顶层保护，硬件保护为最底层保护，传动链保护为中间层保护，三层保护有机结合。
6.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，软件保护，包括：通信异常后自动停转保护、太阳翼最大加速度保护、摩擦阻力增大分级保护。
7.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，硬件保护，包括：电机过流保护、制动器过流保护和离合器过流保护。
8.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，传动链保护是为保护空间站太阳翼的传动装置而设计的电机、制动器、离合器、驱动锁定机构以及切换锁定机构相互间的动作约束保护。
9.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，针对软件保护，有：对速度指令增量大于0.00096
°
/s的指令进行识别判断；在通信中断后，屏蔽后续指令，同时按照通信中断前最后一次接收的指令运行；如果需要再次启动接收新的指令，需要地面人为发送一条“恢复控制”指令，此后可以继续响应新的控制指令。
10.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，针对硬件保护，有：电机、制动器和离合器均使用滞回比较滤波电路；针对离合器过流保护和制动器过流保护，需要同时满足加断电状态和电流幅值条件才可以触发保护。
11.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，针对传动链保护，有：当离合器脱开或者制动器制动时不接受太阳翼动作指令，驱动锁定机构不允许转动；太阳翼正在运动时，不接受制动器加电指令；当电机在单独运动时，不接受离合器加电指令；当电机过流后，自动
脱开离合器；当离合器过流后，自动停转电机；当切换锁定机构处于锁紧状态，不允许进行驱动锁定机构运动；当驱动锁定机构运动时，不允许进行切换锁定机构运动。
12.在上述空间站太阳翼驱动控制保护方法中，上述保护方法针对空间站太阳翼特有的结构形式和负载特点进行设计；其中，空间站太阳翼的传动链由制动器、永磁同步电机、离合器、减速传动装置、驱动锁定装置和切换锁定装置组成。
13.本发明具有以下优点：
14.本发明公开了一种空间站太阳翼驱动控制保护方法，针对空间站太阳翼特有的结构形式和驱动特点进行设计的保护，具备软件、硬件以及传动链三层全套保护的优点；所设计软件保护是根据太阳翼运动特点和机构能承受的负载大小所设计；所设计硬件保护可以同时对电机、制动器和离合器进行过流保护，且设计了专门的判定准则具备防止误判优点；所设计传动链保护可以将太阳翼驱动机构各环节紧密结合进行相关约束保护。
附图说明
15.图1是本发明实施例中一种空间站太阳翼驱动控制保护方法的步骤流程图。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
17.本发明的核心思想之一在于：首先，空间站太阳翼特有的驱动控制链路特点：主要由制动器、永磁同步电机、离合器、减速传动装置、驱动锁定装置及切换锁定装置等组成。所设计空间站太阳翼整套驱动控制保护策略主要有软件保护、硬件保护及传动链保护。其中，软件保护为最顶层保护，硬件保护为最底层保护，传动链保护为中间层保护，三层保护有机结合。所述软件保护主要是通信异常后自动停转保护、太阳翼最大加速度保护、摩擦阻力增大分级保护等。所述硬件保护主要有电机过流保护、制动器过流保护和离合器过流保护。所述传动链保护主要是为保护传动装置而设计的电机、制动器、离合器、驱动锁定机构以及切换锁定机构动作约束保护。
18.如图1，在本实施例中，该空间站太阳翼驱动控制保护方法，包括：软件保护、硬件保护和传动链保护；其中，软件保护为最顶层保护，硬件保护为最底层保护，传动链保护为中间层保护，三层保护有机结合。
19.在本实施例中，软件保护主要包括：通信异常后自动停转保护、太阳翼最大加速度保护、摩擦阻力增大分级保护。
20.优选的，针对软件保护，有：对速度指令增量大于0.00096
°
/s的指令进行识别判断；在通信中断后，屏蔽后续指令，同时按照通信中断前最后一次接收的指令运行；如果需要再次启动接收新的指令，需要地面人为发送一条“恢复控制”指令，此后可以继续响应新的控制指令。
21.在本实施例中，硬件保护主要包括：电机过流保护、制动器过流保护和离合器过流保护。
22.优选的，针对硬件保护，有：电机、制动器和离合器均使用滞回比较滤波电路；针对离合器过流保护和制动器过流保护，需要同时满足加断电状态和电流幅值条件才可以触发
保护。
23.在本实施例中，传动链保护是为保护空间站太阳翼的传动装置而设计的电机、制动器、离合器、驱动锁定机构以及切换锁定机构相互间的动作约束保护。
24.优选的，针对传动链保护，有：当离合器脱开或者制动器制动时不接受太阳翼动作指令，驱动锁定机构不允许转动；太阳翼正在运动时，不接受制动器加电指令；当电机在单独运动时，不接受离合器加电指令；当电机过流后，自动脱开离合器；当离合器过流后，自动停转电机；当切换锁定机构处于锁紧状态，不允许进行驱动锁定机构运动；当驱动锁定机构运动时，不允许进行切换锁定机构运动。
25.在本实施例中，该保护方法针对空间站太阳翼特有的结构形式和负载特点进行设计。其中，空间站太阳翼的传动链由制动器、永磁同步电机、离合器、减速传动装置、驱动锁定装置和切换锁定装置组成。
26.在上述实施例的基础上，下面以一个具体示例进行说明。
27.根据保护策略流程，太阳翼驱动控制器加电运行后，首先会接收动作指令；接收到指令后第一步先进行软件保护判断，具体保护操作如下：
28.(1)当接收的速度指令增量大于0.00096
°
/s时，软件按照0.00096
°
/s增量进行速度控制，否则正常按照速度指令执行。
29.(2)当出现通信异常中断后，进行如下保护处理：
30.2.1)屏蔽后续新的指令；
31.2.2)屏蔽后续新的指令后，控制太阳翼按照通信中断前最后一次接收的指令运行；
32.2.3)如果需要再次启动接收新的指令，需要地面人为发送一条“恢复控制”指令，此后可以继续响应新的控制指令。
33.(3)当检测到太阳翼机构摩擦阻力增大后，会进行摩擦力分级检测保护处理：如果摩擦力增加是缓慢的且未超过设定的第一级保护阈值，则太阳翼可以继续运行；如果摩擦力增大是瞬时的且超过设定的第二级保护阈值，则立即停转太阳翼进行保护。
34.当进行完软件保护处理后，会进行第二步传动链保护判断，具体保护策略如下：
35.(1)当离合器脱开或者制动器制动时不接受太阳翼动作指令，驱动锁定机构不允许转动，避免损坏离合器、制动器和驱动机构。
36.(2)太阳翼正在运动时，不接受制动器加电指令，避免损坏太阳翼。
37.(3)当电机在单独运动时，不接受离合器加电指令，避免损坏传动机构。
38.(4)当电机过流后，自动脱开离合器以保护传动机构。
39.(5)当离合器过流后，自动停转电机以保护传动机构。
40.(6)当切换锁定机构处于锁紧状态，不允许进行驱动锁定机构运动，避免损坏末端转动机构。
41.(7)当驱动锁定机构运动时，不允许进行切换锁定机构运动，避免损坏末端转动机构。
42.当进行完传动链保护处理后，会进行第三步硬件保护判断，具体保护策略为：
43.(1)针对电机过流保护、离合器过流保护和制动过流保护，为避免毛刺误判，硬件均设计了滞回比较滤波电路，可以有效提高过流判断的准确性。
44.(2)针对离合器过流保护，需要同时满足加断电状态和电流幅值均达到设定条件才会触发保护，避免依靠单信号判断出现过流误判，一旦检测到确定过流后，马上切断离合器驱动进行保护。
45.(3)当检测到制动器过流后，需要同时满足加断电状态和电流幅值均达到设定条件才会触发保护，避免依靠单信号判断出现过流误判，一旦检测到确定过流后，马上切断制动器驱动进行保护。
46.根据上述分析，如果一切正常则控制太阳翼按照既定策略运行，如果触发保护条件，则按照上述保护策略进行各层保护。
47.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
48.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

技术特征：
1.一种空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，包括：软件保护、硬件保护和传动链保护；其中，软件保护为最顶层保护，硬件保护为最底层保护，传动链保护为中间层保护，三层保护有机结合。2.根据权利要求1所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，软件保护，包括：通信异常后自动停转保护、太阳翼最大加速度保护、摩擦阻力增大分级保护。3.根据权利要求1所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，硬件保护，包括：电机过流保护、制动器过流保护和离合器过流保护。4.根据权利要求1所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，传动链保护是为保护空间站太阳翼的传动装置而设计的电机、制动器、离合器、驱动锁定机构以及切换锁定机构相互间的动作约束保护。5.根据权利要求1或2所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，针对软件保护，有：对速度指令增量大于0.00096
°
/s的指令进行识别判断；在通信中断后，屏蔽后续指令，同时按照通信中断前最后一次接收的指令运行；如果需要再次启动接收新的指令，需要地面人为发送一条“恢复控制”指令，此后可以继续响应新的控制指令。6.根据权利要求1或3所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，针对硬件保护，有：电机、制动器和离合器均使用滞回比较滤波电路；针对离合器过流保护和制动器过流保护，需要同时满足加断电状态和电流幅值条件才可以触发保护。7.根据权利要求1或4所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，针对传动链保护，有：当离合器脱开或者制动器制动时不接受太阳翼动作指令，驱动锁定机构不允许转动；太阳翼正在运动时，不接受制动器加电指令；当电机在单独运动时，不接受离合器加电指令；当电机过流后，自动脱开离合器；当离合器过流后，自动停转电机；当切换锁定机构处于锁紧状态，不允许进行驱动锁定机构运动；当驱动锁定机构运动时，不允许进行切换锁定机构运动。8.根据权利要求1所述的空间站太阳翼驱动控制保护方法，其特征在于，上述保护方法针对空间站太阳翼特有的结构形式和负载特点进行设计；其中，空间站太阳翼的传动链由制动器、永磁同步电机、离合器、减速传动装置、驱动锁定装置和切换锁定装置组成。

技术总结
本发明公开了一种空间站太阳翼驱动控制保护方法，包括：软件保护、硬件保护和传动链保护；软件保护为最顶层保护，硬件保护为最底层保护，传动链保护为中间层保护，三层保护有机结合。软件保护包括：通信异常后自动停转保护、太阳翼最大加速度保护、摩擦阻力增大分级保护；硬件保护包括：电机过流保护、制动器过流保护和离合器过流保护；传动链保护是为保护空间站太阳翼的传动装置而设计的电机、制动器、离合器、驱动锁定机构以及切换锁定机构相互间的动作约束保护。本发明是针对空间站太阳翼特有的结构形式和负载特点，设计的一种从软件、硬件到机构传动装置整套的保护策略，实现航天领域空间站大型对日定向太阳翼特有的驱动控制形式进行保护。形式进行保护。形式进行保护。


技术研发人员：付培华 邱海辉 丁承华 岑启锋 常鑫刚 张永杰
受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/4/20