一种空间机构控制器的冗余系统的制作方法

本发明涉及空间飞行器执行机构控制器领域，特别涉及一种空间机构控制器的冗余系统。

背景技术：

常规空间机构控制器一般采用主备机冗余设计方式，通过外部指令进行主备机切换。

常规航天器机构控制器一般采用主备机冗余设计方式，冗余设计模式采用冷备份工作模式，一旦发生故障需通过上层单机或地面判断实施切机，在故障过程中，机构处于失控状态，在切机完成后由于当班机没有当前机构运行的各项数据，导致机构控制中断，不利于机构控制的连续运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种空间机构控制器的冗余系统，实现机构控制器的在轨自主切机和故障恢复，极大提高了产品可靠性。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种空间机构控制器的冗余系统，其特点是，包括：依次相连的电机驱动控制模块组件、处理器模块组件和仲裁备份模块组件；

所述的电机驱动控制模块组件包括一对互为备份设置的电机驱动控制模块；

所述的处理器模块组件包括一对互为备份设置的处理器模块；

所述的仲裁备份模块组件包括一对互为备份设置的仲裁备份模块。

每个所述的电机驱动控制模块分别连接于每个所述处理器模块；

每个所述的处理器模块连接于每个所述仲裁备份模块。

各个模块均连接单独的继电器，并控制其供电。

各个模块之间采用串口模式进行数据交互。

其中一个处理器模块与任意一个电机驱动控制模块进行数据交互；若处理器模块与电机驱动控制模块之间通信失败或电机驱动控制模块向处理器模块返回的内容错误，所述的处理器模块控制其中一个电机驱动控制模块断电，并控制另一个电机驱动控制模块上电。

其中一个仲裁备份模块与任意一个处理器模块进行数据交互；若仲裁备份模块与处理器模块之间通信失败或处理器模块向仲裁备份模块返回的内容错误，所述的仲裁备份模块控制其中一个处理器模块断电，并控制另一个处理器模块上电。

所述的仲裁备份模块还连接上级单机；若仲裁备份模块与上级单机之间通信失败或仲裁备份模块向上级单机返回的内容错误，所述的上级单机控制其中一个仲裁备份模块断电，并控制另一个仲裁备份模块上电。

所述的上级单机还用于接收处理器模块与仲裁备份模块的通信错误状态。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

采用本方案的产品可靠度大大高于常规方案的可靠度；同时，由于模块之间均进行数据交互备份，在单个模块发生故障时，可快速定位故障模块并实施切机，再通过数据备份恢复实现机构的连续控制。

附图说明

图1为本发明一种空间机构控制器的冗余系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种空间机构控制器的冗余系统，包括：依次相连的电机驱动控制模块组件、处理器模块组件和仲裁备份模块组件；所述的电机驱动控制模块组件包括一对互为备份设置的电机驱动控制模块；所述的处理器模块组件包括一对互为备份设置的处理器模块；所述的仲裁备份模块组件包括一对互为备份设置的仲裁备份模块。

每个所述的电机驱动控制模块分别连接于每个所述处理器模块；每个所述的处理器模块连接于每个所述仲裁备份模块。

各个模块均连接单独的继电器，并控制其供电。

各个模块之间采用串口模式进行数据交互。

其中一个处理器模块与任意一个电机驱动控制模块进行数据交互；若处理器模块与电机驱动控制模块之间通信失败或电机驱动控制模块向处理器模块返回的内容错误，所述的处理器模块控制其中一个电机驱动控制模块断电，并控制另一个电机驱动控制模块上电。

其中一个仲裁备份模块与任意一个处理器模块进行数据交互；若仲裁备份模块与处理器模块之间通信失败或处理器模块向仲裁备份模块返回的内容错误，所述的仲裁备份模块控制其中一个处理器模块断电，并控制另一个处理器模块上电。

所述的仲裁备份模块还连接上级单机；若仲裁备份模块与上级单机之间通信失败或仲裁备份模块向上级单机返回的内容错误，所述的上级单机控制其中一个仲裁备份模块断电，并控制另一个仲裁备份模块上电。

所述的上级单机还用于接收处理器模块与仲裁备份模块的通信错误状态。

进一步地，电机驱动控制模块组件包括主电机驱动控制模块和备电机驱动控制模块；处理器模块组件包括主处理器模块和备处理器模块；仲裁备份模块组件包括主仲裁备份模块和备仲裁备份模块。主电机驱动控制模块和备电机驱动控制模块之间通过数据串口相连，主处理器模块同时连接主、备电机驱动控制模块，备处理器模块同时连接主、备电机驱动控制模块，且主处理器模块与主电机驱动控制模块之间设有继电器，备处理器模块与备电机驱动控制模块之间也设有一继电器，当主电机驱动模块与主处理器模块或备处理器模块之间通信失败，或向主/备处理器模块返回的内容错误，则对应的处理器模块发出一切机指令，继电器收到切机指令后断开主电机驱动模块的电源，同时控制备电机驱动模块上电；备电机驱动控制模块与主/备处理器模块之间的备份及切换原理，同主电机驱动控制模块类似，这里不再赘述。

主处理器模块和备处理器模块之间通过数据串口相连，主仲裁备份模块同时连接主/备处理器模块，备仲裁备份模块同时连接主/备处理器模块，且主仲裁备份模块与主处理器模块之间设有继电器，备仲裁备份模块与备处理器模块之间设有继电器，当主处理器模块与主仲裁备份模块或备仲裁备份模块之间通信失败，或向主/备仲裁备份模块返回的内容错误，则对应的仲裁备份模块发出切机指令，将主处理器模块断电，并将备处理模块上电；当备处理器模块与主仲裁备份模块或备仲裁备份模块之间通信失败，或向主/备仲裁备份模块返回的内容错误，通过遥测将与备处理器模块通信错误状态反馈给上级单机，防止当前仲裁备份模块故障导致处理器模块不停切机最终导致整机无法工作。

主/备仲裁备份模块通过继电器连接于上级单机，当主仲裁备份模块与上级单机出现通信失败或状态错误，上级单机控制主仲裁备份模块断电，同时控制备仲裁备份模块上电，当备仲裁备份模块与上级单机出现通信失败或状态错误，上级单机控制备仲裁备份模块断电，同时控制主仲裁备份模块上电。

进一步地，仲裁备份模块采用简单可靠的电路设计将模块的可靠性尽可能的提高，同时保留外部指令可对模块进行切换。

假设处理器模块、电机驱动控制模块和仲裁备份模块的可靠度分别为r1、r2和r3，则常规机构控制器的可靠度r＝1-(1-r1*r2*r3)²，而采用本方案的可靠度r’＝(1-(1-r1)²)*(1-(1-r2)²)*(1-(1-r3)²)，显然采用本方案的产品可靠度大大高于常规方案的可靠度；同时，由于模块之间均进行数据交互备份，在单个模块发生故障时，可快速定位故障模块并实施切机，再通过数据备份恢复实现机构的连续控制。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。