运载火箭三余度伺服机构测控系统研制

摘要

运载火箭三余度伺服机构测控系统是载人航天运载火箭的地面配套设备，主要用于靶场对三余度伺服机构进行单元测试，也可用于伺服机构总装车间对伺服机构进行性能测试，或用于研究性实验室对伺服机构进行性能研究。该测控系统的研制，对保障伺服机构余度控制技术在运载火箭上的成功应用，进而提高运载火箭的可靠性有重要意义。
　　本文对三余度伺服机构测控系统进行了需求分析，在此基础上确定了系统总体方案。提出了由工控机加DSP组成的系统硬件结构方案，确定使用WINDOWS操作系统和使用汇编语言编制DSP应用程序的系统软件方案。
　　本文按总体方案要求，详细设计了三余度伺服机构测控系统的主要硬件设备，包括相关及高速采集单元、伺服放大及故障模拟单元、信号发生单元和状态参数处理单元等四大专用模块。其中以DSP为核心的相关及高速采集单元作为设计的重点之一，详尽地进行了该模块的电路设计和实现。由于采用先进的浮点运算数字信号处理器，有利于保证测试与数据处理的速度和精度，可实现1机到4机同时并行和高速实时测试工作。伺服放大及故障模拟单元的电路设计也是本文重点，为真实地模拟三余度伺服机构可能出现的一度故障，包括断控制信号、断反馈及通入10mA电流等类故障，必须针对每个余度通道配置性能一致的测控通道。
　　本文按总体要求，完成了基于WINDOWS的软件结构设计和软件编程，同时实现了基于DSP汇编语言的实时处理软件开发与编制，使所设计的整套测控软件与系统硬件配套，满足了靶场对三余度伺服机构进行测控的要求，包括人机对话、实时测量和数据分析与处理等方面的要求。该软件具有执行效率高、通用性强的特点，有良好的扩展性和可移植性。
　　本套测控系统经过单元调试、软硬件联调、系统集成和测试及与被测伺服机构联试等大量测试工作，结果表明系统性能达到设计要求，可以满足三余度伺服机构性能测试的需求。
　　该测控系统通过靶场参加神舟飞船发射任务的考验，未发生质量问题，证明该系统的研制是成功的。实际应用表明，系统工作稳定可靠，操作简单方便，并具备较强的抗干扰能力。

目录

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摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 相关领域的研究现状及进展

1.2.1 运载火箭推力矢量控制技术概况

1.2.2 数据采集与处理系统的发展

1.2.3 伺服机构测控系统的发展

1.3 论文主要研究内容

第2章 余度伺服机构测控系统的总体方案

2.1 系统设计原则

2.2 系统主要功能及技术指标

2.2.1 系统主要功能

2.2.2 主要技术性能指标

2.3 系统硬件方案

2.3.1 系统总体结构与功能模块的划分

2.3.2 数字信号处理器(DSP)的选择

2.3.3 系统总线体系结构的确定

2.4 系统软件方案

2.4.1 Windows 应用软件

2.4.2 DSP 应用软件

2.5 本章小结

第3章 硬件设计

3.1 相关及高速采集单元设计

3.1.1 功能概述

3.1.2 方案设计

3.1.3 各功能模块详细设计

3.2 伺服放大及故障模拟单元设计

3.2.1 功能概述

3.2.2 方案设计

3.2.3 各功能模块详细设计

3.3 信号发生单元设计

3.3.1 功能概述

3.3.2 方案设计

3.3.3 各功能模块详细设计

3.4 状态参数处理单元设计

3.4.1 功能概述

3.4.2 方案设计

3.4.3 各功能模块详细设计

3.5 抗干扰设计

3.5.1 信号去耦

3.5.2 接地问题

3.6 本章小结

第4章 软件设计

4.1 软件设计的目标及要求

4.2 基于Windows2000操作系统的软件编制

4.2.1 测控逻辑及测试界面模块设计

4.2.2 数据处理模块设计

4.2.3 硬件驱动模块设计

4.3 基于DSP实时处理软件编制

4.4 本章小结

第5章 系统调试与应用

5.1 主要功能单元的调试

5.1.1 相关及高速数据采集单元调试

5.1.2 伺服放大及故障模拟单元调试

5.2 系统联调

5.2.1 各硬件单元联调

5.2.2 软、硬件联调及与被测伺服机构的联试

5.2.3 调试阶段遇到的问题和解决方法

5.3 测试结果分析

5.4 实际应用

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

读学位期间发表的学术论文

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致谢

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