全文摘要
本实用新型公开了一种太阳电池阵驱动控制系统，包括电源模块、通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路；OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若外部总线发生故障，则OC指令采集电路发送应急停转指令至FPGA，FPGA被配置为响应于通信接口模块传输的遥控指令，并解析遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至功率驱动电路，FPGA还被配置为接收霍尔零位采集电路发送的零位信号，对电机的驱动步数进行校准。本实用新型还公开了一种太阳电池阵驱动控制装置，使用本实用新型的太阳电池阵驱动控制。该太阳电池阵驱动控制系统的结构简单，集成性高，处理速度快，设计成本低。
主设计要求
1.一种太阳电池阵驱动控制系统，其特征在于，包括电源模块、通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路；所述OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若所述外部总线发生故障，则所述OC指令采集电路发送应急停转指令至所述FPGA；所述通信接口模块被配置为接收所述外部总线发送的遥控指令，并将所述遥控指令传输至所述FPGA；所述FPGA被配置为响应于所述通信接口模块传输的遥控指令，并解析所述遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至所述功率驱动电路；所述霍尔零位采集电路被配置为采集所述太阳电池阵中的电机的驱动步数的零位信号，并将所述零位信号发送至所述FPGA；所述FPGA还被配置为接收所述零位信号，若所述零位信号有效，则所述FPGA根据所述零位信号的内容，发送预零位信号或真零位信号至所述功率驱动电路，对所述电机的驱动步数进行校准；所述功率驱动电路被配置为响应于所述FPGA发送的控制信号，驱动控制所述电机进入相应的工作模式；所述电源模块用以对所述通信接口模块、所述FPGA、所述功率驱动电路、所述霍尔零位采集电路以及所述OC指令采集电路进行供电。
设计方案
1.一种太阳电池阵驱动控制系统，其特征在于，包括电源模块、通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路；
所述OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若所述外部总线发生故障，则所述OC指令采集电路发送应急停转指令至所述FPGA；
所述通信接口模块被配置为接收所述外部总线发送的遥控指令，并将所述遥控指令传输至所述FPGA；
所述FPGA被配置为响应于所述通信接口模块传输的遥控指令，并解析所述遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至所述功率驱动电路；
所述霍尔零位采集电路被配置为采集所述太阳电池阵中的电机的驱动步数的零位信号，并将所述零位信号发送至所述FPGA；
所述FPGA还被配置为接收所述零位信号，若所述零位信号有效，则所述FPGA根据所述零位信号的内容，发送预零位信号或真零位信号至所述功率驱动电路，对所述电机的驱动步数进行校准；
所述功率驱动电路被配置为响应于所述FPGA发送的控制信号，驱动控制所述电机进入相应的工作模式；
所述电源模块用以对所述通信接口模块、所述FPGA、所述功率驱动电路、所述霍尔零位采集电路以及所述OC指令采集电路进行供电。
2.如权利要求1所述的太阳电池阵驱动控制系统，其特征在于，所述FPGA还被配置为根据所述遥控指令内容输出所述电机期望调整的指令码，根据所述期望调整的指令码并结合当前所述电机的工作模式，通过正弦细分驱动技术输出所述控制信号；
其中，所述指令码包括所述电机的速度大小以及方向。
3.如权利要求2所述的太阳电池阵驱动控制系统，其特征在于，所述控制信号为PWM调制驱动信号。
4.如权利要求1所述的太阳电池阵驱动控制系统，其特征在于，所述遥控指令包括跟踪指令、捕获指令、增量指令、归零指令以及停转指令。
5.如权利要求4所述的太阳电池阵驱动控制系统，其特征在于，所述功率驱动电路还被配置为若所述遥控指令为归零指令且所述零位信号为所述预零位信号，驱动控制所述电机进行减速，并在接收所述真零位信号的状态下，驱动控制所述电机停转；
所述功率驱动电路还被配置为若所述遥控指令为归零指令且所述零位信号为所述真零位信号，驱动控制所述电机停转。
6.一种太阳电池阵驱动控制装置，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的太阳电池阵驱动控制系统。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于航天器太阳翼驱动设计领域，尤其涉及一种太阳电池阵驱动控制系统以及驱动控制装置。
背景技术
伴随着航天事业的迅猛发展，各种航天器要求的功能日趋复杂，航天器要求向更小更轻化方向发展。对于可靠性要求极高的航天领域，鉴于正弦细分驱动技术的成熟度高，因此被广泛应用于航天产品上。太阳电池阵为多个带盖片的单体太阳电池按供电要求以串、并联方式组成太阳电池阵方阵。太阳电池阵以体装式或可展开的帆板方式安装在宇航器上。在宇航器处在轨道上的光照期间发电,为宇航器用电负载提供电能；同时为宇航器电源系统的蓄电池组充电,以便在宇航器处在无光照期间为宇航器用电负载提供电能。
太阳电池阵驱动系统主要实现太阳电池阵对日定向的功能，使太阳电池阵面能够有效地接受光照，驱动控制太阳电池阵进行追踪太阳、捕获太阳以及归零等动作。
但目前航天器的太阳电池阵驱动控制系统多采用单片机的架构完成驱动控制，控制系统多采用单片机加FPGA为处理核心，导致运算处理的时间过长，相应的结构变得更加复杂，设计成本高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种太阳电池阵驱动控制系统以及驱动控制装置，该太阳电池阵驱动控制系统以及驱动控制装置的结构简单，集成性高，处理速度快，设计成本低。
为解决上述问题，本实用新型的技术方案为：
一种太阳电池阵驱动控制系统，包括电源模块、通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路；
所述OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若所述外部总线发生故障，则所述OC指令采集电路发送应急停转指令至所述FPGA；
所述通信接口模块被配置为接收所述外部总线发送的遥控指令，并将所述遥控指令传输至所述FPGA；
所述FPGA被配置为响应于所述通信接口模块传输的遥控指令，并解析所述遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至所述功率驱动电路；
所述霍尔零位采集电路被配置为采集所述太阳电池阵中的电机的驱动步数的零位信号，并将所述零位信号发送至所述FPGA；
所述FPGA还被配置为接收所述零位信号，若所述零位信号有效，则所述FPGA根据所述零位信号的内容，发送预零位信号或真零位信号至所述功率驱动电路，对所述电机的驱动步数进行校准；
所述功率驱动电路被配置为响应于所述FPGA发送的控制信号，驱动控制所述电机进入相应的工作模式；
所述电源模块用以对所述通信接口模块、所述FPGA、所述功率驱动电路、所述霍尔零位采集电路以及所述OC指令采集电路进行供电。
根据本发明提供的实施例，所述FPGA还被配置为根据所述遥控指令内容输出所述电机期望调整的指令码，根据所述期望调整的指令码并结合当前所述电机的工作模式，通过正弦细分驱动技术输出所述控制信号；
其中，所述指令码包括所述电机的速度大小以及方向。
根据本发明提供的实施例，所述控制信号为PWM调制驱动信号。
根据本发明提供的实施例，所述遥控指令包括跟踪指令、捕获指令、增量指令、归零指令以及停转指令。
根据本发明提供的实施例，所述功率驱动电路还被配置为若所述遥控指令为归零指令且所述零位信号为所述预零位信号，驱动控制所述电机进行减速，并在接收所述真零位信号的状态下，驱动控制所述电机停转；
所述功率驱动电路还被配置为若所述遥控指令为归零指令且所述零位信号为所述真零位信号，驱动控制所述电机停转。
一种太阳电池阵驱动控制装置，包括上述任意一实施例所述的太阳电池阵驱动控制系统。
本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本实用新型一实施例中的OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若外部总线发生故障，则OC指令采集电路发送应急停转指令至FPGA，通信接口模块被配置为接收外部总线发送的遥控指令，并将遥控指令传输至FPGA，FPGA被配置为响应于通信接口模块传输的遥控指令，并解析遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至功率驱动电路，霍尔零位采集电路被配置为采集太阳电池阵中的电机的驱动步数的零位信号，并将零位信号发送至FPGA，FPGA还被配置为接收零位信号，若零位信号有效，则FPGA根据零位信号的内容，发送预零位信号或真零位信号至功率驱动电路，对电机的驱动步数进行校准，功率驱动电路被配置为响应于FPGA发送的控制信号，驱动控制电机进入相应的工作模式，电源模块用以对通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路进行供电。该太阳电池阵驱动控制系统中使用FPGA替代FPGA加CPU的组合，结构简单，集成性高，以FPGA作为处理单元的核心，处理速度比以FPGA加CPU的组合而作为处理单元的核心的处理速度快，系统的设计成本也低。
2)本实用新型一实施例中的FPGA被配置为根据遥控指令内容输出电机期望调整的指令码，根据期望调整的指令码并结合当前电机的工作模式，通过正弦细分驱动技术输出控制信号，能够根据遥控指令内容实现电机的各个工作模式之间的切换。
3)本实用新型一实施例中的功率驱动电路还被配置为若遥控指令为归零指令且零位信号为预零位信号，驱动控制电机进行减速，并在接收真零位信号的状态下，驱动控制电机停转，另外功率驱动电路还被配置为若遥控指令为归零指令且零位信号为真零位信号，驱动控制电机停转。当FPGA接收归零指令时，能够控制电机在真零位点停止转动。
4)本实用新型一实施例中的OC指令采集电路能够在太阳电池阵发生故障时，发送应急停转指令至FPGA，能够在太阳电池阵发生故障时，实现停转指令的备份。
5)本实用新型还提供一种太阳电池阵驱动控制装置，通过使用本实用新型提供的太阳电池阵驱动控制系统，该驱动控制装置的结构简单，集成性高，处理速度快，设计成本低。
附图说明
图1为本实用新型的一种太阳电池阵驱动控制系统的原理图；
图2为本实用新型一实施例的FPGA与通信接口模块的数据交互的原理图；
图3为本实用新型一实施例的正弦细分驱动技术的原理图；
图4为本实用新型一实施例的功率驱动电路的结构示意图；
图5为本实用新型一实施例的FPGA输出的电机A相绕组驱动H桥示意图；
图6为本实用新型一实施例的FPGA输出的电机B相绕组驱动H桥示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种太阳电池阵驱动控制系统以及驱动控制装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。
实施例1
参看图1，一种太阳电池阵驱动控制系统，包括电源模块、通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路；OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若外部总线发生故障，则OC指令采集电路发送应急停转指令至FPGA，通信接口模块被配置为接收外部总线发送的遥控指令，并将遥控指令传输至FPGA，FPGA被配置为响应于通信接口模块传输的遥控指令，并解析遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至功率驱动电路，霍尔零位采集电路被配置为采集太阳电池阵中的电机的驱动步数的零位信号，并将零位信号发送至FPGA，FPGA还被配置为接收零位信号，若零位信号有效，则FPGA根据零位信号的内容，发送预零位信号或真零位信号至功率驱动电路，对电机的驱动步数进行校准，功率驱动电路被配置为响应于FPGA发送的控制信号，驱动控制电机进入相应的工作模式，电源模块用以对通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路进行供电。其中，指令码为电机的速度大小以及方向；遥控指令包括跟踪指令、捕获指令、增量指令、归零指令以及停转指令。
OC指令采集电路发送应急停转指令的具体过程为：当外部总线与通信接口模块发生通信故障时，作为停转指令的备份，OC指令采集电路发送应急停转指令至FPGA，且应急停转指令的优先级大于外部总线发送的遥控指令的优先级。
优选地，本实施例中的通信接口模块采用26C31、26C32接口芯片，通信数据的传输的接口形式为异步RS422；本实施例中的FPGA采用A54AX72A。
可以理解，本实施例中的OC指令采集电路被配置为采集外部总线的通信故障指令，若外部总线发生故障，则OC指令采集电路发送应急停转指令至FPGA，通信接口模块被配置为接收外部总线发送的遥控指令，并将遥控指令传输至FPGA，FPGA被配置为响应于通信接口模块传输的遥控指令，并解析遥控指令，根据解析出的遥控指令内容发送控制信号至功率驱动电路，霍尔零位采集电路被配置为采集太阳电池阵中的电机的驱动步数的零位信号，并将零位信号发送至FPGA，FPGA还被配置为接收零位信号，若零位信号有效，则FPGA根据零位信号的内容，发送预零位信号或真零位信号至功率驱动电路，对电机的驱动步数进行校准，功率驱动电路被配置为响应于FPGA发送的控制信号，驱动控制电机进入相应的工作模式，电源模块用以对通信接口模块、FPGA、功率驱动电路、霍尔零位采集电路以及OC指令采集电路进行供电。该太阳电池阵驱动控制系统中使用FPGA替代FPGA加CPU的组合，结构简单，集成性高，以FPGA作为处理单元的核心，处理速度比以FPGA加CPU的组合而作为处理单元的核心的处理速度快，系统的设计成本也低。
接着参看图2，图2为本实施例的FPGA与通信接口模块的数据交互的原理图。FPGA根据串口通信协议，与通信接口模块完成数据链路层的接收与发送、服务层的拆帧与组帧以及应用层的解析，串口数据链路层根据串行通信的异步RS422标准及每个字节的传输格式，完成字节的缓存；将接收的服务层帧数据进行合法性进行判断，并完成拆帧功能，解析得到相应的控制指令，同时将遥测反馈的数据进行组帧，并将组帧的数据输入到数据链路收发模块，按字节传输格式进行发送。
接着参看图3，图3为本实施例的正弦细分驱动技术的原理图。FPGA根据遥控指令内容输出电机期望调整的指令码，根据期望调整的指令码并结合当前电机的工作模式，通过正弦细分驱动技术输出控制信号，完成电机的变速处理。优选地，该控制信号为PWM调制驱动信号。
若期望调整的指令码的方向与当前电机的指令码的方向相同，期望调整的指令速度大于当前电机的指令速度时，进行同方向增速，若期望调整的指令速度小于当前电机的指令速度时，进行同方向减速；若期望调整的指令码的方向与当前电机的指令码的方向相反，则先进行当前电机的指令码方向减速，然后再反方向加速到期望调整的指令码速度档。本实施例中的指令码的编码方式为Xxxxx，最高位X表示方向，‘1’表示电机正向转动，‘0’表示电机反向转动，其他位xxxx表示电机速度档的大小。
根据预置速度，产生细分时钟，细分时钟的产生与电机的转速ω、电机的步距角θ以及FPGA的工作时钟有关。其中，计算公式为：
M＝ΔT×f
ΔT为每个细分点的间隔时间，f为FPGA的工作时钟频率，M为细分间隔计数器寄存器的值。
参看图5与图6，根据细分间隔计数器的值产生细分时钟，正弦细分驱动模块内部例化一个正余弦细分表，在每个细分时钟，FPGA通过查询正余弦细分表产生对应的正余弦值，该正余弦值与斩波信号发生器生产的三角形斩波值输入到PWM信号发生器模块进行比较，产生A、B两相绕组信号，分别为PWM_A[3:0]与PWM_B[3:0]。
参看图4，每相绕组用一个H桥电路驱动，驱动电路采用IR2110，每相绕组使用2片IR2110。
进一步地，功率驱动电路还被配置为若遥控指令为归零指令且零位信号为预零位信号，驱动控制电机进行减速，同时霍尔零位采集电路继续采集真零位信号，将采集的真零位信号发送至FPGA，在接收真零位信号的状态下，驱动控制电机停转，功率驱动电路还被配置为若遥控指令为归零指令且零位信号为真零位信号，驱动控制电机停转。FPGA接收霍尔零位采集电路实时采集的两路0°以及270°零位信号，并分别判断两路零位信号的有效性，发送预零位信号或真零位信号至功率驱动电路，对当前电机的驱动步数进行校准。遇到0°真零位信号有效时，步数校准为0°位置对应的计数值，遇到270°真零位信号有效时，步数校准为270°位置对应的计数值。
具体的工作过程为：FPGA根据串口通信协议，与通信接口模块完成数据链路层的接收与发送、服务层的拆帧与组帧以及应用层的解析，FPGA接收通信接口模块传输的外部总线发送的遥控指令，并解析接收到的遥控指令，接着根据遥控指令内容发送相应的控制信号至功率驱动电路，功率驱动电路驱动控制电机进入相应的工作模式，当太阳电池阵发生故障时，OC指令采集电路发送应急停转指令至FPGA，由于急停转指令的优先级大于外部总线发送的遥控指令的优先级，FPGA接收应急停转指令，驱动控制电机停转。若FPGA接收到归零指令以及接收霍尔零位采集电路发送的有效的零位信号时，FPGA判断该零位信号为预零位信号还是真零位信号，若零位信号为预零位信号时，功率驱动电路控制电机进行减速，同时霍尔零位采集电路继续采集真零位信号，将采集的真零位信号发送至FPGA，最后FPGA控制电机在真零位信号点停止转动；若零位信号为预零位信号时，功率驱动电路控制电机停止转动。
实施例2
基于相同构思，本实施例提供了一种太阳电池阵驱动控制装置，包括上述任意一实施例的太阳电池阵驱动控制系统。
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920302510.2
申请日:2019-03-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209514360U
授权时间:20191018
主分类号:G05B 19/042
专利分类号:G05B19/042
范畴分类:40E;
申请人:上海宇航系统工程研究所
第一申请人:上海宇航系统工程研究所
申请人地址:201108 上海市闵行区金都路3805号
发明人:郑悦;陈伟;姚惟琳;侯超;张磊;李浩;王俊;石星星
第一发明人:郑悦
当前权利人:上海宇航系统工程研究所
代理人:胡晶
代理机构:31236
代理机构编号:上海汉声知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计