CN106697334A - 一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法 - Google Patents

一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，采用太阳翼帆板摆动的新型驱动及控制方法，太阳翼帆板回归零位的方法，太阳翼帆板摆动精度周期自动标定方法等组成。中央处理模块实时接收星载计算机发送的遥控指令，根据遥控指令内容驱动控制太阳翼帆板的摆动，同时安装在太阳翼帆板端的霍尔传感器反馈太阳翼帆板的位置信息，结合太阳翼帆板的控制信息，反馈遥测数据至星载计算机。本发明利用霍尔传感器的信息标定太阳翼帆板的机械零位，结合用于驱动步进电机转动的步数和方向，实现太阳翼帆板位置信息每周期自动标定及太阳翼帆板能够停止在机械零位的功能，拓展了卫星太阳翼帆板的驱动控制手段，可直接应用于我国各个型号的卫星太阳翼驱动控制任务。

Description

一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法
技术领域
本发明涉及一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，可应用于卫星太阳翼帆板的驱动控制任务。
背景技术
卫星太阳翼帆板的转动或摆动是实现太阳翼电池阵面跟踪太阳，以最大效率产生电能的重要实现途径，为提高太阳翼帆板跟随太阳转动的跟踪精度，缩短太阳翼帆板驱动控制设备的开发周期，对卫星太阳翼帆板的驱动控制方法提出了更高的要求。
目前，常用的卫星太阳翼帆板驱动控制方法是基于CPU模块加全桥电路的方式实现的，比如广泛应用于各型号卫星的CPU模块加LMD18200芯片的驱动控制方案，该方案需要采用软件代码的方法产生步进电机转动所需的脉冲信号和转动方向信号，因此对软件开发人员的技术水平要求较高，开发过程比较漫长，脉冲信号的精度也会因软件开发者的不同而产生变化。可见，目前常用的卫星太阳翼帆板控制方法还需要进一步的改进。本发明采用反熔丝类FPGA加步进电机驱动器TMC262和控制器TMC429的方案驱动控制步进电机的转动，以硬件实现的方式缩短了软件开发周期，提高了步进电机转动所需脉冲及脉冲变化率的精度，而且，该方法拓展了卫星太阳翼帆板的驱动控制手段，可直接应用于我国各个型号的卫星太阳翼驱动控制任务。
发明内容
卫星太阳翼帆板的转动或摆动是太阳翼电池阵面跟踪太阳的重要实现途径，本发明提供一种新方法用于驱动控制卫星太阳翼帆板的转动或摆动，具有开发周期短，步进电机运动精度高，能够容易的实现转矩、加速度等各项指标的特点。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，中央处理模块实时接收星载计算机发送的遥控指令，根据遥控指令内容驱动控制太阳翼帆板的摆动，同时安装在太阳翼帆板端的霍尔传感器反馈太阳翼帆板的位置信息，结合太阳翼帆板的控制信息，反馈遥测数据至星载计算机。
优选地，中央处理模块实时接收、校验星载计算机发送的遥控指令，根据遥控指令的内容计算出步进电机转动所需的各项参数，比如转动速度、加速度、绕组电流等，然后分别对步进电机控制器和驱动器进行配置，完成太阳翼帆板摆动控制。
优选地，中央处理模块通过SPI串行数据通信协议对步进电机控制器TMC429和驱动器TMC262进行控制，步进电机控制器TMC429和驱动器TMC262共同作用，通过全桥驱动电路驱动控制步进电机按照遥控指令要求转动；同时，步进电机控制器TMC429产生的步/方向(S/D)信号和安装在太阳翼帆板端的霍尔传感器产生的霍尔信号反馈到中央处理模块，共同参与卫星太阳翼帆板的驱动控制。
优选地，当接收到一帧遥控指令数据，在10ms内反馈一帧遥测数据，一帧遥测数据内容包括数据帧帧头、遥控指令辨识码、太阳翼帆板角度信息、霍尔传感器信息辨识位、太阳翼帆板归零到位信息及错误遥控指令辨识位。
优选地，单霍尔传感器用于检测太阳翼帆板的位置，标定太阳翼帆板的机械零位，结合用于驱动步进电机转动的步数和方向，实现太阳翼帆板转动精度每周期自动标定及太阳翼帆板能够准确停止在机械零位的功能。
优选地，中央处理器与星载计算机之间的通信是通过RS422串行数据通信协议进行。
本发明提供一种卫星太阳翼帆板驱动控制的新方法，拓展了卫星太阳翼帆板的驱动控制手段，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用步进电机驱动芯片TMC262和步进电机控制芯片TMC429的方案控制驱动太阳翼帆板的摆动，该方案具有开发周期短、能够容易实现步进电机转动加速度、速度、绕组电流等各项参数的实现。太阳翼帆板位置信息每周期自动标定及太阳翼帆板停止在机械零位的功能能够提高步进电机的运动精度，有效避免步进电机失步等对转动精度的影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中卫星太阳翼帆板驱动控制***原理图；
图2为本发明实施例中卫星太阳翼帆板驱动控制软件结构图；
图3为本发明实施例中寻找机械零位的流程框图；
图4为本发明实施例中利用标定的零位值使帆板停止在零位的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明是以反熔丝类FPGA芯片作为中央处理模块，它是程序代码运行的硬件环境，也是本发明实现的承载体。中央处理模块通过RS422串行数据通信协议与星载计算机进行通信，涉及遥控指令的接收及遥测数据的发送。中央处理模块通过SPI串行数据通信协议对步进电机控制器TMC429和驱动器TMC262进行控制，步进电机控制器TMC429和驱动器TMC262共同作用，通过全桥驱动电路驱动控制步进电机按照遥控指令要求转动。同时，步进电机控制器TMC429产生的步/方向(S/D)信号和安装在太阳翼帆板端的霍尔传感器产生的霍尔信号反馈到中央处理模块，共同参与卫星太阳翼帆板的驱动控制。
本发明实时接收并校验星载计算机发送的遥控指令，从遥控指令中提取出关于步进电机转动的速度、加速度、转矩、运动模式等信息，并根据遥控指令中的信息结合TMC429芯片的晶振频率计算出步进电机转动所需的脉冲频率、脉冲频率变化率及脉冲占空比等信息，进而再根据脉冲频率、脉冲频率变化率及脉冲占空比等信息计算出步进电机驱动器和控制器需要配置的寄存器参数，并通过SPI串行数据通信协议对步进电机驱动控制芯片TMC262、TMC429进行配置，完成相应的步进电机运动。
优选地，单霍尔传感器用于检测太阳翼帆板的摆动位置，本发明利用霍尔传感器的信息标定太阳翼帆板的机械零位，如图3所示，标定太阳翼帆板机械零位步骤如下：
步骤一：转动太阳翼帆板，等待霍尔传感器输出高电平信号，设置变量STEP_CNT为0；
步骤二：反向转动太阳翼帆板，当霍尔传感器输出由高电平变为低电平时，开始记录S/D信号中的STEP脉冲个数，STEP信号每出现一个上升沿，变量STEP_CNT加1；
步骤三：继续转动太阳翼帆板，当霍尔传感器输出由低电平变为高电平时，记录变量STEP_CNT的值。
由以上步骤可知，霍尔传感器输出低电平的中心位置为输出电平下降沿后继续前行STEP_CNT/2的步数，即为霍尔传感器机械安装位置，同时为太阳翼帆板的机械零位位置。当霍尔传感器输出由高电平变为低电平且太阳翼帆板位置显示正向位置时，标定太阳翼帆板位置为(STEP_CNT*每步代表的角度/2)，即可实现太阳翼帆板位置信息每周期自动标定的功能。
优选地，本发明利用变量STEP_CNT的值和霍尔传感器输出信号进行太阳翼帆板的归零功能，如图4所示，具体步骤如下：
步骤一：读取变量STEP_CNT的值；
步骤二：根据遥控指令的减速度及速度要求，计算步进电机减速过程所需转动步数STEP_DEC，若STEP_CNT/2小于STEP_DEC，则太阳翼帆板无法准确停止在机械零位；若STEP_CNT/2大于或等于STEP_DEC，即可继续下面步骤三；
步骤三：检测霍尔传感器输出信号，当出现霍尔传感器输出信号由高电平变为低电平时，步进电机稳定速度转动(STEP_CNT/2-STEP_DEC)步后开始按照遥控指令要求的减速度减速直至停止，即为太阳翼帆板的机械零位。
当接收到一帧遥控指令数据，在10ms内反馈一帧遥测数据，一帧遥测数据共8个字节，内容包括数据帧帧头、遥控指令辨识码、太阳翼帆板角度信息、HALL传感器信息辨识位、太阳翼帆板归零到位信息及接收错误遥控指令辨识位。
根据遥控指令、太阳翼帆板角度信息和HALL传感器信息辨识位计算步进电机运动参数，计算可得出的步进电机运动参数包括步进电机加速度、减速度、匀速运动速度、电机绕组电流、步进电机步距细分倍数。
将步进电机运动参数配置步进电机驱动器和控制器是通过SPI串行数据通信协议进行。
本发明与星载计算机之间的通信是通过RS422串行数据通信协议进行。
本发明提供一种卫星太阳翼帆板驱动控制的新方法，拓展了卫星太阳翼帆板的驱动控制手段，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用步进电机驱动芯片TMC262和步进电机控制芯片TMC429的方案控制驱动太阳翼帆板的摆动，该方案具有开发周期短、能够容易实现步进电机转动加速度、速度、绕组电流等各项参数的实现。太阳翼帆板位置信息每周期自动标定及太阳翼帆板停止在机械零位的功能能够提高步进电机的运动精度，有效避免步进电机失步等对转动精度的影响。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，其特征在于，中央处理模块实时接收星载计算机发送的遥控指令，根据遥控指令内容驱动控制太阳翼帆板的摆动，同时安装在太阳翼帆板端的霍尔传感器反馈太阳翼帆板的位置信息，结合太阳翼帆板的控制信息，反馈遥测数据至星载计算机。
2.根据权利要求1所述的一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，其特征在于，中央处理模块实时接收、校验星载计算机发送的遥控指令，根据遥控指令的内容计算出步进电机转动所需的各项参数，比如转动速度、加速度、绕组电流等，然后分别对步进电机控制器和驱动器进行配置，完成太阳翼帆板摆动控制。
3.根据权利要求1所述的一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，其特征在于，中央处理模块通过SPI串行数据通信协议对步进电机控制器TMC429和驱动器TMC262进行控制，步进电机控制器TMC429和驱动器TMC262共同作用，通过全桥驱动电路驱动控制步进电机按照遥控指令要求转动；同时，步进电机控制器TMC429产生的步/方向(S/D)信号和安装在太阳翼帆板端的霍尔传感器产生的霍尔信号反馈到中央处理模块，共同参与卫星太阳翼帆板的驱动控制。
4.根据权利要求1所述的一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，其特征在于，当接收到一帧遥控指令数据，在10ms内反馈一帧遥测数据，一帧遥测数据内容包括数据帧帧头、遥控指令辨识码、太阳翼帆板角度信息、霍尔传感器信息辨识位、太阳翼帆板归零到位信息及错误遥控指令辨识位。
5.根据权利要求1所述的一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，其特征在于，单霍尔传感器用于检测太阳翼帆板的位置，标定太阳翼帆板的机械零位，结合用于驱动步进电机转动的步数和方向，实现太阳翼帆板转动精度每周期自动标定及太阳翼帆板能够准确停止在机械零位的功能。
6.根据权利要求1所述的一种卫星太阳翼帆板驱动控制方法，其特征在于，中央处理器与星载计算机之间的通信是通过RS422串行数据通信协议进行。
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