一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及空间电推进技术领域，提供了一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器。包括电源隔离及转换模块、RS

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器


[0001]本技术涉及空间电推进
，尤其涉及一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器。

技术介绍

[0002]电推进技术在空间推进中应用越来越普遍，电推进系统主要应用于低地球轨道、同步地球轨道和星际任务三个方面，基于电推进的卫星平台能够有效降低发射质量，较大限度提升卫星载荷比，发挥卫星平台承载能力。电推技术对控制系统要求非常高，轨道控制不同方向的耦合、姿态和轨道的控制耦合等问题比传统化推更为复杂困难。电推机械臂各关节选用步进电机，伺服控制器通过控制机械臂肩偏航关节、肘俯仰关节、腕俯仰关节和腕偏航关节的步进电机转动来调节末端电推力器方向，使电推力器推力方向与卫星质心连线位于卫星本体系X
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面内。在推进器工作时，机械臂各关节电机负载瞬时变化易造成电机相电流急剧波动；在空间环境中，单粒子效应明显，需要采取可靠性措施防止软件跑飞或数据反转造驱动线路H桥直通烧毁；电推机械臂动作时，高频斩波信号容易干扰周边设备。传统空间机构用步进电机控制器通常无电流闭环控制，负载波动会导致绕组电流冲击超过安全裕度限制，导致电机损坏或故障；仅通过软件设置H桥死区保护时间，存在可靠性不高的问题，影响机构在轨运动寿命；传统空间机构用步进电机控制器所用电源地线跟平台电源地线短接，控制器内部产生的高频信号会通过地线耦合进周边设备形成干扰。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是针对上述技术问题，提供一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器，以解决目前空间机构用步进电机控制器中无电流闭环、仅用软件设置死区时间可靠性不高以及内外电源不隔离导致对外干扰的问题。本技术的目的可通过下列技术方案实现：
[0004]一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器，包括电源隔离及转换模块、RS
‑
422通信模块和信号处理模块；所述RS
‑
422通信模块是所述信号处理模块和姿轨控计算机的中间连接模块，负责接收所述姿轨控计算机的控制指令并反馈数字量遥测信息以供所述姿轨控计算机实时监测和调整；所述电源隔离及转换模块连接所述RS
‑
422通信模块和所述信号处理模块，用于接收星上母线电源并将所述星上母线电源转化为所述电推机械臂伺服控制器各个模块的内部所需电源；所述信号处理模块分别与所述RS
‑
422通信模块和所述机械臂关节机构连接，所述信号处理模块通过所述RS
‑
422通信模块接收所述姿轨控计算机的指令信息，对所述机械臂关节机构进行驱动和控制，同时接收所述机械臂关节机构的角度信息。
[0005]具体地，所述信号处理模块包括控制单元、传感器采集和转换单元、自适应电流调节单元和驱动单元。
[0006]具体地，所述内部所需电源与所述星上母线电源隔离。
[0007]具体地，所述控制单元分别与所述RS
‑
422通信模块、所述自适应电流调节单元和
所述驱动单元连接；所述控制单元包括FPGA处理器及外围电路，所述FPGA处理器解算所述控制指令进行位置闭环控制；输出驱动使能信号至所述驱动单元，模拟正弦波输出电机相电流波形信号至所述自适应电流调节单元。
[0008]具体地，所述控制单元FPGA处理器采用AX2000
‑
1CQ352M。
[0009]具体地，所述自适应电流调节单元通过硬件电路对电机绕组的电流进行闭环控制，限制电流偏差；所述自适应电流调节单元将所述电机相电流波形信号与所述电机绕组的实际电流进行比较，调节后得到PWM脉宽调制波信号并将所述PWM脉宽调制波信号输出至所述驱动单元。
[0010]具体地，所述驱动单元包含驱动保护电路，所述驱动单元采用所述驱动芯片和分立器件搭建的H桥电路，使用PWM斩波驱动方式，提供所述机械臂关节机构中的绕组电流驱动所述机械臂关节机构的电机转动。
[0011]具体地，所述驱动单元中驱动芯片采用RSDR1010HRH；所述驱动单元根据所述驱动使能信号和所述PWM脉宽调制波信号通过所述硬件电路逻辑比较后产生驱动芯片控制信号，保障H桥上下桥臂死区时间。
[0012]具体地，所述传感器采集和转换单元，将所述机械臂关节机构中的各关节角度位置信息连接至所述控制单元，同时将所述机械臂关节机构中各关节电机绕组实际电流转化为电压信号连接至所述自适应电流调节单元。
[0013]与现有技术相比，本技术存在以下技术效果：
[0014](1)本技术提供的高可靠星载电推机械臂伺服控制器具备四自由度电推机械臂驱动控制能力，机械臂末端指向精度高，实现了舱外电推力器方向精准调节。
[0015](2)本技术提供的高可靠星载电推机械臂伺服控制器的内部电源跟整星母线电源隔离，降低了对外干扰。
[0016](3)本技术提供的高可靠星载电推机械臂伺服控制器的空间用步进电机驱动电流的自适应调节，鲁棒性好，解决了电机负载突变造成的电流冲击问题。
[0017](4)本技术提供的高可靠星载电推机械臂伺服控制器通过硬件电路保障H桥死区时间，提高了产品的可靠性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍：
[0019]图1是本技术实施例提供的高可靠星载电推机械臂伺服控制器的原理框图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本技术，但不以任何形式限制本技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以作出若干变化和改进。这些都属于本技术的保护范围。
[0021]实施例：
[0022]以下结合图1对本技术提供一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器，包括电
源隔离及转换模块、RS
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422通信模块和信号处理模块；所述RS
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422通信模块是所述信号处理模块和姿轨控计算机的中间连接模块，负责接收姿轨控计算机的控制指令并反馈数字量遥测信息以供姿轨控计算机实时监测和调整；电源隔离及转换模块连接RS
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422通信模块和信号处理模块，用于接收星上母线电源并将星上母线电源转化为电推机械臂伺服控制器各个模块的内部所需电源，内部所需电源与星上母线电源隔离；信号处理模块分别与RS
‑
422通信模块和机械臂关节机构连接，信号处理模块通过RS
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422通信模块接收姿轨控计算机的指令信息，对机械臂关节机构进行驱动和控制，同时接收机械臂关节机构的角度信息。
[0023]具体地，信号处理模块包括控制单元、传感器采集和转换单元、自适应电流调节单元和驱动单元。
[0024]具体地，电源隔离及转换模块接收星上30V母线电源，将星上30V母线电源转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠星载电推机械臂伺服控制器，其特征在于，包括电源隔离及转换模块、RS
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422通信模块和信号处理模块；所述RS
‑
422通信模块是所述信号处理模块和姿轨控计算机的中间连接模块，负责接收所述姿轨控计算机的控制指令并反馈数字量遥测信息以供所述姿轨控计算机实时监测和调整；所述电源隔离及转换模块连接所述RS
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422通信模块和所述信号处理模块，用于接收星上母线电源，将所述星上母线电源转化为所述电推机械臂伺服控制器各个模块的内部所需电源；所述信号处理模块分别与所述RS
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422通信模块和机械臂关节机构连接，所述信号处理模块通过所述RS
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422通信模块接收所述姿轨控计算机的指令信息，经过处理后对所述机械臂关节机构进行驱动和控制，同时接收所述机械臂关节机构的角度信息。2.如权利要求1所述的高可靠星载电推机械臂伺服控制器，其特征在于，所述信号处理模块包括控制单元、传感器采集和转换单元、自适应电流调节单元和驱动单元。3.如权利要求1所述的高可靠星载电推机械臂伺服控制器，其特征在于，所述内部所需电源与所述星上母线电源隔离。4.如权利要求2所述的高可靠星载电推机械臂伺服控制器，其特征在于，所述控制单元分别与所述RS
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422通信模块、所述自适应电流调节单元和所述驱动单元连接；所述控制单元包括FPGA处理器及外围电路，所述FPGA处理器解算所述控制指令进行位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，于志亮，黄潇嵘，石星星，张洪挺，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：新型
国别省市：