空间光通信粗瞄控制系统终端容错研究

摘要

本文先简要介绍论文的研究背景和意义,对当今容错控制的发展现状做了综述性说明,分析了空间辐射环境对星载控制器的消极影响,介绍了卫星激光通信粗瞄控制系统的原理,为后面进一步研究奠定了基础。
　　本文对粗瞄控制系统中的粗瞄控制器和控制电机做了容错研究。通过研究空间环境对粗瞄控制器的结构组成单元的影响,选用模块级双系统冷备份方式进行容错;针对单粒子翻转现象和单粒子锁定现象,分别设计基于三模冗余的软件刷新机制和单粒子锁定防护电路加以解决。通过研究控制电机的常见故障模式,选择双通道无刷直流电动机提高控制电机的可靠。对双通道无刷直流电动机的构成进行分析,建立数学模型。在所建模型的基础上,利用等效控制、切换控制、模糊控制之和设计出模糊滑模控制器,并将它的控制效果与传统PID控制策略相比较,结果证明模糊滑模控制鲁棒性好,精确性高。
　　本文设计了粗瞄控制系统中的电机控制单元,为提高系统通信单元的速度和可靠性,设计自定义并行总线。在所设计模糊滑模控制器的基础上,编写双通道无刷直流电动机的控制软件,并设计了增强通信系统可靠性CRC校验软件。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.1.1 课题的研究背景

1.1.2 课题的研究意义

1.2 容错控制研究现状

1.2.1 容错控制分类

1.2.2 经典容错控制器设计方法

1.2.3 容错控制研究存在的问题

1.3 空间辐射环境

1.4 粗瞄控制系统工作原理

1.4.1 ATP系统原理

1.4.2 粗瞄控制系统

1.5 本文主要研究内容

第2章 粗瞄控制器总体容错设计

2.1 引言

2.2 粗瞄控制器容错方案选择

2.2.1 双系统备份工作方式选择

2.2.2 双系统备份容错级别选择

2.3 粗瞄控制器容错设计

2.3.1 粗瞄控制器单元构成

2.3.2 粗瞄控制器容错实现

2.3.3 粗瞄控制器仲裁模块

2.4 存储单元容错设计

2.4.1 三模冗余容错

2.4.2 存储单元刷新容错

2.5 常见粒子效应故障容错

2.6 本章小结

第3章 控制电机容错分析及仿真

3.1 引言

3.2 控制电机故障分析

3.3 双通道无刷直流电机数学建模

3.3.1 双通道无刷直流电机结构

3.3.2 双通道无刷直流电机数学模型

3.4 伺朊系统摩擦模型描述

3.5 双通道无刷直流电机PID仿真

3.5.1 PID控制器原理

3.5.2 粗瞄控制系统

3.5.3 电动机动态仿真

3.6 本章小结

第4章 容错电机控制器设计

4.1 引言

4.2 模糊控制数学基础

4.2.1 模糊集合论

4.2.2 模糊语言变量

4.2.3 模糊逻辑推理

4.3 滑模控制存在条件

4.3.1 线性系统描述

4.3.2 滑模等效控制

4.3.3 滑模切换控制

4.3.4 系统稳定证明

4.4 模糊滑模控制器设计

4.4.1 滑模控制器设计

4.4.2 模糊控制器设计

4.4.3 模糊滑模控制仿真

4.5 本章小结

第5章 电机控制单元软硬件设计

5.1 引言

5.2 电机控制单元硬件容错设计

5.2.1 电机控制单元原理

5.2.2 自定义并口总线

5.2.3 单粒子锁定防护电路

5.2.4 其它主要硬件电路

5.2.5 电机控制单元PCB图

5.3 电机控制单元软件设计

5.3.1 电机控制程序设计

5.3.2 通信系统检错程序

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢