一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法，所述交叉传输方法的特征在于包括双向交叉传输方法、数据同步方法和高速实时无冲突传输方法，通过多余度外部接口实现机电控制器与管理控制计算机间的高速实时双向数据交互；每个管理计算机独立地进行机电控制器的反馈数据采集，进行各自控制律解算，并且相互独立地完成数据处理，通过数据同步算法确保多个管理计算机的同步；各节点分时复用带宽，不会产生带宽争用现象，也不会产生延迟和抖动现象；在时间触发中每个节点均在自己的时间槽内完成相应的任务；本发明专利技术最大限度提高了飞行任务的可靠性与安全性，满足了大动态响应的控制需求。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法
本专利技术涉及一种机电系统的交叉传输方法，特别是一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法，可以通过三余度外部接口实现机电控制器与管理控制计算机间的高速实时双向数据交互，同时三通道交叉传输通道中所有通信节点时钟均与一个全局高精度时钟同步，每一个通信节点均利用自身的时间槽在规定的时间内完成数据交换操作，利用实时时间触发确保通信延迟和时间偏移的确定性，确保所有节点的通信相互不冲突。从而最大限度提高飞行任务的可靠性与安全性，满足大动态响应的控制需求，适用于航天器姿态控制机电系统数据传输领域。
技术介绍
机电系统作为飞行器中的关键系统，完成机构驱动等功能，其直接关系飞行任务成败，任何一次故障都有可能产生毁灭性的后果，提高可靠性的常用方法是采用冗余技术实现系统备份。在提高可靠性方面，国内外关注的重点一般在驱动电路的备份、电机的备份以及电机双绕组的备份，管理计算机与机电控制器间的信息交互常采用一对一的连接方式，一定程度上降低了信息传输通道的可靠性，也同时增加了对机电控制器与管理计算机余度管理软件的可靠性与容错能力要求，增大了软件的研发周期。为了进一步提高可靠性，专利Attitudeandorbitcontrolsystem(AOCS)comprisingatestingsystem(专利号US5485383A)采用了信息交叉传输的方法，如图3所示，其通过姿轨控系统获取传感器信息，经过信息处理后实现对发动机的控制，核心是姿轨控系统，其与传感器和发动机间的信息交互均采用了信号交叉传输的方式。与文献中的姿轨控系统相比，机电系统主要完成机构的驱动控制，动态响应大，实时性和同步性要求高，且需实现双向的交叉传输。本专利立足于航天器姿态控制机电系统的应用领域，提出了一种高实时双向交叉传输方法，极大地提高了机电系统的可靠性与容错能力。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法，通过三余度外部接口实现机电控制器与管理控制计算机间的高速实时双向数据交互，最大限度提高了飞行任务的可靠性与安全性，满足了大动态响应的控制需求。本专利技术的技术解决方案是：一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法，所述航天器姿态控制机电系统包括至少两个管理计算机、至少两个机电控制器和至少两个作动器，所述管理计算机为第一管理计算机和第二管理计算机，机电控制器为第一机电控制器和第二机电控制器，作动器为第一作动器和第二作动器，所述管理计算机、机电控制器和作动器的数量相同且为奇数；所述交叉传输方法的特征在于包括双向交叉传输方法、数据同步方法和高速实时无冲突传输方法；所述双向交叉传输方法为：(1)将第一机电控制器与第一作动器电连接，将第二机电控制器与第二作动器电连接，依此类推；(2)在第一管理计算机与第一机电控制器之间建立两个传输节点，分别为第一节点和第二节点，在第二管理计算机与第二机电控制器之间建立两个传输节点，分别为第三节点和第四节点，依此类推；(3)将第一管理计算机通过第一节点和第二节点与第一机电控制器连接，将第二管理计算机通过第三节点和第四节点与第二机电控制器连接，依此类推；(4)将第一节点和第三节点连接，第二节点与第四节点连接，使得第一节点、第二节点、第三节点和第四节点形成闭环，其他节点依次类推，所有节点之间的连接形成闭环且不交叉；(5)所有管理计算机互相进行连接，实现控制指令的交换，每一个管理计算机将相同的控制指令发送给所有的机电控制器；(6)每个作动器进行动作后，通过与作动器连接的机电控制器将相同的作动器位置信息传输给每一个管理计算机；(7)管理计算机接收到相同的作动器位置信息后进行数据交换，若所有管理计算机接收到的作动器位置信息均相同，则所有管理计算机均工作正常，继续进行交叉数据传输；若所有管理计算机接收到的作动器位置信息不完全相同，则进一步确定接收到相同作动器位置信息的管理计算机数量最大值的个数，若最大值只有一个，则最大值对应的管理计算机工作正常，若最大值的数量大于一个，则最大值所对应的管理计算机中预先设定优先级最高的管理计算机工作正常，利用该管理计算机进行交叉数据传输；所述数据同步方法为：(a)每一个管理计算机进入预先设定的监控周期后，保持关中断，在监控周期中预先设定的时间段内向其余管理计算机输出一个逻辑高同步离散量；(b)若某一个管理计算机收到了一个或者多个管理计算机的逻辑高同步离散量，则进入步骤(c)，进行同步检测；否则该管理计算机上报自身同步故障，退出数据同步；(c)管理计算机对收到的逻辑高同步离散量的上升沿进行采样，计算自身的同步离散量与接收到的同步离散量上升沿之间的时间差，若时间差小于等于100us，则该管理计算机同步成功，进入步骤(d)；若时间差大于100us，则该管理计算机同步失败，管理计算机中的失步计数器加1，重新进行采样和时间差判断，若失步计数器的数值等于5，则启动同步恢复；进入步骤(e)，所述同步恢复具体为：在相同监控周期内对同步失败的管理计算机的输出通道施加500us的延时；(d)同步成功后的管理计算机各输出通道均保持逻辑低状态，输出一个逻辑低离散量；(e)若同步恢复成功，则失步计数器清零，重新开始计数，返回步骤(a)，若同步恢复失败，则记录同步永久故障，该管理计算机的输出通道停止输出；所述高速实时无冲突传输方法为：(i)航天器姿态控制机电系统运行前，根据传输节点个数将航天器姿态控制机电系统每个控制周期的总线传输时间划分为多个长度不等的时间槽，每两个时间槽之间设置时隙，每个传输节点只在定义的时间槽内收发数据，各个传输节点之间保持同步；所述时间槽与传输节点一一对应，且每个控制周期内时间槽与传输节点的对应关系不变；(ii)根据步骤(i)中建立的时间槽分配情况为每个传输节点构建控制调度数据表，并将控制调度数据表进行存储，所述控制调度数据表包括不同时间槽中对应的发送节点、接收节点和发送信息，任意时间槽内发送节点均只有一个，所述控制调度数据表在运行过程中不能更改；(iii)在每个控制周期内，当任意一个传输节点的时间槽到来时，该节点成为消息发送节点，其余传输节点均为接收节点，该传输节点根据步骤(ii)中构建的自身控制调度数据表选择对应的发送节点、接收节点和发送信息，发送节点通过传输通道将发送信息传输给接收节点，实现预先设定的通信操作。所述航天器姿态控制机电系统总线采用基于TDMA即TimeDivisionMultipleAccess的时间调度机制。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术通过多余度外部接口实现机电控制器与管理控制计算机间的高速实时双向数据交互，在满足飞行器姿控稳态、动态性能和可靠性指标的前提下可实现设备的小型化、轻质化设计；(2)本专利技术的每个管理计算机独立地进行机电控制器的反馈数据采集，进行各自控制律解算，并且相互独立地完成数据处理，通过数据同步算法确保多个管理计算机的同步，确保高速实时双向数据交互的可实现性、高可靠性，最大限度提高了飞行任务的可靠性与安全性，满足大动态响应的控制需求；(3)本专利技术系统中的各节点分时复用带宽，不会产生带宽争用现象，也不会产生延迟和抖动现象；在时间触发中每个节本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法，所述航天器姿态控制机电系统包括至少两个管理计算机、至少两个机电控制器和至少两个作动器，所述管理计算机为第一管理计算机和第二管理计算机，机电控制器为第一机电控制器和第二机电控制器，作动器为第一作动器和第二作动器，所述管理计算机、机电控制器和作动器的数量相同且为奇数；所述交叉传输方法的特征在于包括双向交叉传输方法、数据同步方法和高速实时无冲突传输方法；其特征在于：所述双向交叉传输方法为：(1)将第一机电控制器与第一作动器电连接，将第二机电控制器与第二作动器电连接，依此类推；(2)在第一管理计算机与第一机电控制器之间建立两个传输节点，分别为第一节点和第二节点，在第二管理计算机与第二机电控制器之间建立两个传输节点，分别为第三节点和第四节点，依此类推；(3)将第一管理计算机通过第一节点和第二节点与第一机电控制器连接，将第二管理计算机通过第三节点和第四节点与第二机电控制器连接，依此类推；(4)将第一节点和第三节点连接，第二节点与第四节点连接，使得第一节点、第二节点、第三节点和第四节点形成闭环，其他节点依次类推，所有节点之间的连接形成闭环且不交叉；(5)所有管理计算机互相进行连接，实现控制指令的交换，每一个管理计算机将相同的控制指令发送给所有的机电控制器；(6)每个作动器进行动作后，通过与作动器连接的机电控制器将相同的作动器位置信息传输给每一个管理计算机；(7)管理计算机接收到相同的作动器位置信息后进行数据交换，若所有管理计算机接收到的作动器位置信息均相同，则所有管理计算机均工作正常，继续进行交叉数据传输；若所有管理计算机接收到的作动器位置信息不完全相同，则进一步确定接收到相同作动器位置信息的管理计算机数量最大值的个数，若最大值只有一个，则最大值对应的管理计算机工作正常，若最大值的数量大于一个，则最大值所对应的管理计算机中预先设定优先级最高的管理计算机工作正常，利用该管理计算机进行交叉数据传输；所述数据同步方法为：(a)每一个管理计算机进入预先设定的监控周期后，保持关中断，在监控周期中预先设定的时间段内向其余管理计算机输出一个逻辑高同步离散量；(b)若某一个管理计算机收到了一个或者多个管理计算机的逻辑高同步离散量，则进入步骤(c)，进行同步检测；否则该管理计算机上报自身同步故障，退出数据同步；(c)管理计算机对收到的逻辑高同步离散量的上升沿进行采样，计算自身的同步离散量与接收到的同步离散量上升沿之间的时间差，若时间差小于等于100us，则该管理计算机同步成功，进入步骤(d)；若时间差大于100us，则该管理计算机同步失败，管理计算机中的失步计数器加1，重新进行采样和时间差判断，若失步计数器的数值等于5，则启动同步恢复；进入步骤(e)，所述同步恢复具体为：在相同监控周期内对同步失败的管理计算机的输出通道施加500us的延时；(d)同步成功后的管理计算机各输出通道均保持逻辑低状态，输出一个逻辑低离散量；(e)若同步恢复成功，则失步计数器清零，重新开始计数，返回步骤(a)，若同步恢复失败，则记录同步永久故障，该管理计算机的输出通道停止输出；所述高速实时无冲突传输方法为：(i)航天器姿态控制机电系统运行前，根据传输节点个数将航天器姿态控制机电系统每个控制周期的总线传输时间划分为多个长度不等的时间槽，每两个时间槽之间设置时隙，每个传输节点只在定义的时间槽内收发数据，各个传输节点之间保持同步；所述时间槽与传输节点一一对应，且每个控制周期内时间槽与传输节点的对应关系不变；(ii)根据步骤(i)中建立的时间槽分配情况为每个传输节点构建控制调度数据表，并将控制调度数据表进行存储，所述控制调度数据表包括不同时间槽中对应的发送节点、接收节点和发送信息，任意时间槽内发送节点均只有一个，所述控制调度数据表在运行过程中不能更改；(iii)在每个控制周期内，当任意一个传输节点的时间槽到来时，该节点成为消息发送节点，其余传输节点均为接收节点，该传输节点根据步骤(ii)中构建的自身控制调度数据表选择对应的发送节点、接收节点和发送信息，发送节点通过传输通道将发送信息传输给接收节点，实现预先设定的通信操作。...
【技术特征摘要】
1.一种适用于航天器姿态控制机电系统的交叉传输方法，所述航天器姿态控制机电系统包括至少两个管理计算机、至少两个机电控制器和至少两个作动器，所述管理计算机包括第一管理计算机和第二管理计算机，机电控制器包括第一机电控制器和第二机电控制器，作动器包括第一作动器和第二作动器，所述管理计算机、机电控制器和作动器的数量相同且为奇数；所述交叉传输方法的特征在于包括双向交叉传输方法、数据同步方法和实时无冲突传输方法；其特征在于：所述双向交叉传输方法为：(1)将第一机电控制器与第一作动器电连接，将第二机电控制器与第二作动器电连接，依此类推；(2)在第一管理计算机与第一机电控制器之间建立两个传输节点，分别为第一节点和第二节点，在第二管理计算机与第二机电控制器之间建立两个传输节点，分别为第三节点和第四节点，依此类推；(3)将第一管理计算机通过第一节点和第二节点与第一机电控制器连接，将第二管理计算机通过第三节点和第四节点与第二机电控制器连接，依此类推；(4)将第一节点和第三节点连接，第二节点与第四节点连接，使得第一节点、第二节点、第三节点和第四节点形成闭环，其他节点依次类推，所有节点之间的连接形成闭环且不交叉；(5)所有管理计算机互相进行连接，实现控制指令的交换，每一个管理计算机将相同的控制指令发送给所有的机电控制器；(6)每个作动器进行动作后，通过与作动器连接的机电控制器将相同的作动器位置信息传输给每一个管理计算机；(7)管理计算机接收到相同的作动器位置信息后进行数据交换，若所有管理计算机接收到的作动器位置信息均相同，则所有管理计算机均工作正常，继续进行交叉数据传输；若所有管理计算机接收到的作动器位置信息不完全相同，则进一步确定接收到相同作动器位置信息的管理计算机数量最大值的个数，若最大值只有一个，则最大值对应的管理计算机工作正常，若最大值的数量大于一个，则最大值所对应的管理计算机中预先设定优先级最高的管理计算机工作正常，利用该管理计算机进行交叉数据传输；所述数据同步方法为：(a)每一个管理计算机进入预先设定的监控周期后，保持关中断，在监控周期中预先设定的时间段内向其余管理计算机输出一个逻辑高同步离散量；(b)若某一个管理计...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡欣，梁君，欧连军，刘文文，姚旺，刘飞，刘洋，朱江，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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