一种飞轮故障模拟系统技术方案

一种飞轮故障模拟系统，包括飞轮故障模拟控制模块、CPCI总线、电机故障注入模块、质量块平衡模块、油量控制模块和控制量故障注入模块；电机故障注入模块实现电机绕组的故障注入、质量块平衡模块实现飞轮的动平衡故障的模拟、油量控制模块实现润滑系统供油量的控制，以实现轴承故障的模拟，控制量注入模块实现飞轮控制信号的故障模拟，CPCI总线实现各个模块间的数据实时高速传输，飞轮故障模拟控制模块实现整个系统各个模块的配置、故障模式配置和故障模拟流程控制。本发明专利技术可实现飞轮的故障模拟，包括机械系统故障(动平衡)、电气系统故障(电机)和润滑系统故障的模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星故障诊断领域，涉及ー种飞轮故障的模拟系统。
技术介绍
飞轮凭其重量轻、无污染、不消耗推进剂、无干扰、输出力矩线性度好、精度高的特点广泛应用于卫星姿态控制的执行机构。其寿命长短和可靠性决定了卫星的寿命长短，卫星控制系统需要通过地面的物理试验进行充分的验证，特别是飞轮故障的各种真实エ况对卫星寿命和功能的影响，以及卫星控制系统故障诊断和处理方法的正确性，因此需要模拟飞轮真实エ况下故障。现有的卫星控制系统中敏感器、执行机构和卫星动力学关系全部采用数学模型，故障模拟仅采用数学仿真的形式，故障模拟的有效性难以保证，故障的复杂性使得很难建立准确的数学模型，现有的故障模拟方法已不能适应地面仿真验证的需要，迫切需要具有实物在回路、模拟精度高、エ况真实的故障模拟系统。飞轮主要是由机械轴承、轮体、高速同步电机、測量系统、电源系统、润滑系统、通讯系统组成。飞轮在高速旋转过程中，由于动不平衡容易造成轮体振动、润滑系统供油不当造成摩擦力矩增大，以及霍尔元件故障造成电机转速下降等故障，会严重影响了卫星控制系统的正常工作。这些故障很难用数学模型来表示，为了实现对飞轮故障的硬件模拟，本专利技术提出一种飞轮故障模拟系统。
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，提供了一种飞轮故障的模拟系统，实现了航天器执行机构飞轮的故障硬件模拟功能，为在轨卫星故障诊断系统对飞轮的故障诊断和处理策略的地面物理验证成为可能。本专利技术的技术解决方案是—种飞轮故障模拟系统，包括飞轮故障模拟控制模块、CPCI总线、电机故障注入模块、质量块平衡模块、油量控制模块、控制量故障注入模块和飞轮，飞轮上有质量块；飞轮故障模拟控制模块通过CPCI总线发送指令给电机故障注入模块，电机故障注入模块接收到指令后产生控制信号驱动飞轮中的电机在缺相状态下转动，并将电机绕组电流的数据通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给质量块平衡模块，质量块平衡模块控制质量块相对于飞轮轮体转动，并将转动角度发给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给油量控制模块，油量控制模块控制飞轮轴承润滑系统的供油量并将飞轮轴承润滑系统的供油量信息通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给控制量故障注入模块，控制量故障注入模块将飞轮的控制量信号中加入干扰，并且将加入干扰之后的控制量信号通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块。所述质量块平衡模块实现飞轮的动平衡故障的模拟。所述油量控制模块包括电动泵、配油器、管路、压カ传感器和电子控制模块；电子控制模块接收到所述飞轮故障模拟控制模块发送的指令之后，控制电动泵开始工作，电动泵将润滑油输入到配油器中，配油器通过管路将润滑油注入到飞轮轴承的各个润滑节点，电子控制模块通过压カ传感器采集管路中的油量信息并将油量信息通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块。本专利技术与现有技术相比的有益效果是 (I)本专利技术提出飞轮硬件故障模拟系统具有系统组成简便完备、故障注入手段全面、实时性好、精度高、试验可操作性强、设备性价比高等优点，能够同时实现飞轮机械系统、电气系统、润滑系统的故障模拟；(2)本专利技术把飞轮的故障划分为机械系统故障(动平衡)、电气系统故障(电机)和润滑系统故障，三种故障模拟相互独立，便于对故障原因的分析和故障点的精确定位，且故障现象能够实时、多次重复出现。附图说明图I为本专利技术系统架构示意图；图2为油量控制模块示意具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一歩的详细描述。本专利技术中的飞轮硬件故障模拟装置，模拟真实度好、可操控性强、响应速度快、实时性高，克服了传统的故障模拟试验系统通用性差、非实时、逼真度低的特点。因此，可以应用于在轨卫星地面故障诊断和处理技术的地面物理仿真试验，增强在轨卫星控制系统故障诊断和处理的可靠性。因此，本专利技术具有很强的实用性，提高了在轨卫星故障诊断和处理技术地面仿真试验验证的可靠性。如图I所示，本专利技术提供了一种飞轮故障模拟系统，包括飞轮故障模拟控制模块、CPCI总线(Compact PCI，紧凑型PCI总线)、电机故障注入模块、质量块平衡模块、油量控制模块、控制量故障注入模块和飞轮，飞轮上有质量块；飞轮故障模拟控制模块通过CPCI总线发送指令给电机故障注入模块，电机故障注入模块接收到指令后产生控制信号驱动飞轮中的电机在缺相状态下转动，并将电机绕组电流的数据通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块；该模拟是通过控制电机绕组的电流(三相电)实现，目的在于使电机工作时缺相。质量块平衡模块实现飞轮的动平衡故障的模拟，质量块安装在飞轮轮体上，通过移动质量块位置来改变飞轮的质量中心与旋转中心的距离实现飞轮的动平衡特性故障模拟。飞轮故障模拟控制模块发送指令给质量块平衡模块，质量块平衡模块控制质量块相对于飞轮轮体转动(即质量块相对于飞轮轮体的位置发生变化)，并将转动角度发给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给油量控制模块，油量控制模块控制飞轮轴承润滑系统的供油量并将飞轮轴承润滑系统的供油量信息通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块；如图2所示，油量控制模块包括电动泵、配油器、管路、压カ传感器和电子控制模块；电子控制模块接收到所述飞轮故障模拟控制模块发送的指令之后，控制电动泵开始工作，电动泵将润滑油输入到配油器中，配油器通过管路将润滑油注入到飞轮轴承的各个润滑节点，电子控制模块通过压カ传感器采集管路中的油量信息并将油量信息通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块。飞轮故障模拟控制模块发送指令给控制量故障注入模块，控制量故障注入模块将飞轮的控制量信号中加入干扰，并且将加入干扰之后的控制量信号通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块。本专利技术中电机故障注入模块是由高速电机、电机驱动与控制电路、霍尔元件组成。高速电机驱动飞轮旋转，霍尔元件测量电机的转速，电机驱动与控制电路根据测量信号控制绕组的电流(三相电)，以驱动电机，本专利技术中，电机驱动与控制电路通过改变绕组的电流，使得电机处于缺相的不稳定工作状态。 本专利技术中的控制量故障注入模块主要单片机80C55、AD转换单元、DA转换单元组成，单片机控制AD转换单元采集外部给飞轮的控制指令信号，单片机对采集到的信号加入噪声、突变等干扰，然后驱动DA转换单元输出模拟控制指令信号并且输出给飞轮。本专利技术中的高速CPCI总线主要是实现各个模块之间的高速数据传输。本专利技术说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技木。权利要求1.一种飞轮故障模拟系统，其特征在于包括飞轮故障模拟控制模块、CPCI总线、电机故障注入模块、质量块平衡模块、油量控制模块、控制量故障注入模块和飞轮，飞轮上有质量块； 飞轮故障模拟控制模块通过CPCI总线发送指令给电机故障注入模块，电机故障注入模块接收到指令后产生控制信号驱动飞轮中的电机在缺相状态下转动，并将电机绕组电流的数据通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块； 飞轮故障模拟控制模块发送指令给质量块平衡模块，质量块平衡模块控制质量块相对于飞轮轮体转动，并将转动角度发给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给油量控制模块，油量控制模块控制飞轮轴承润滑系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮故障模拟系统，其特征在于包括飞轮故障模拟控制模块、CPCI总线、电机故障注入模块、质量块平衡模块、油量控制模块、控制量故障注入模块和飞轮，飞轮上有质量块；飞轮故障模拟控制模块通过CPCI总线发送指令给电机故障注入模块，电机故障注入模块接收到指令后产生控制信号驱动飞轮中的电机在缺相状态下转动，并将电机绕组电流的数据通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给质量块平衡模块，质量块平衡模块控制质量块相对于飞轮轮体转动，并将转动角度发给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给油量控制模块，油量控制模块控制飞轮轴承润滑系统的供油量并将飞轮轴承润滑系统的供油量信息通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块；飞轮故障模拟控制模块发送指令给控制量故障注入模块，控制量故障注入模块将飞轮的控制量信号中加入干扰，并且将加入干扰之后的控制量信号通过CPCI总线返回给飞轮故障模拟控制模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢琰，唐强，王南华，朱志斌，何英姿，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：