高频发射机的一体化控制系统的制作方法

本发明属于高频发射机，具体涉及一种高频发射机的一体化控制系统。

背景技术：

1、在全固态大功率高频发射机架构中，射频功率输出采用多个末级功放模块合成获得，常用的末级功放模块一般不超过数百瓦，若要求高频发射机功率输出达到数十千瓦时，末级功放模块的组合数量会达到数百个。此外，在高频发射机中，主电源模块、辅助电源模块、射频滤波器、合成器、射频开关、驱动功放等功能部件或模块的数量也很庞大。每个功能部件或模块的工作状态、实时参数、故障信息等都是高频发射机所需要控制和监测的。从高频发射机整机角度考虑，其内部需要控制的节点数量会达到数百个，这给整机控制系统的设计带来较大的压力。

2、当高频发射机控制节点数较少时，常用星型或者环形控制架构，优点是控制电路简单、控制软件和算法简单，缺点是控制节点数较多时，采用星型或环形控制架构会影响信息传输速率，增加节点响应时间，并且维护困难，不易扩展。当高频发射机控制节点数较多且距离较近时，常用分布式或者树形控制架构，优点是扩展性好，路径可以选择最短路径，延迟少传输速率高，单个节点故障不影响系统控制操作，缺点是数据交换、路径选择、流向控制复杂，控制电缆长且复杂。当高频发射机控制节点数较多且距离较远时，可以选择总线型架构，总线的优点是传输距离远、数据信息量大、扩展能力强，可以实现点对点，一点对多点及全局广播等多种传输方式，可靠性高，缺点是总线的负载能力有限，因此单总线的控制节点数一般是有限制的。

3、在特定应用场景下，高频发射机是按工作帧进行输出的，即类似于一个个长脉冲串输出，中间有短暂停顿。在每个工作帧，高频发射机输出的载波频率和功率幅度是不同的，且每个帧时长也不相等。依据上述工作特点，高频发射机某些功能部件也需按帧工作，因此，控制系统需要对这些功能部件进行严格的同步控制，使其达到整齐划一的同步工作要求。

4、高频发射机各个功能部件的工作状态、实时参数(如电压、电流、温度、功率、风量等)、故障信息(如过压、欠压、过流、过温、过功率、过驻波等)等数据量庞大，种类繁多。如此庞大的故障模式和故障数据，对高频发射机的故障控制与保护是一个严峻的考验。就应用而言，高频发射机的故障控制，要即能保证故障保护的有效性、准确性和实时性，又能降低高频发射机的虚警率，使高频发射机任务可靠性始终处于一个合理的区间范围内。

技术实现思路

1、本发明目的是：针对现有技术的不足，提供一种高频发射机一体化控制系统，适用于控制节点数量众多、功能部件按帧工作、故障信号和故障模式复杂多样的大功率高频发射机，实现对高频发射机的一体化通信控制、同步控制和故障控制。

2、具体地说，本发明提供了一种高频发射机的一体化控制系统，所述高频发射机包括总控单元和功能部件；所述高频发射机采用一体化通信控制；所述一体化通信控制是以多路并行can总线为主干通信、局域网以及星型控制网络为辅的通信架构；

3、一部分所述功能部件与所述总控单元间采用局域网传输指令和数据；

4、另一部分所述功能部件分别接入某一路can总线，该功能部件内部包含若干功能子模块，在该功能部件内部构建星型控制网络，控制核心为通信控制模块，其他功能子模块分别与所述通信控制模块连接，所述通信控制模块通过can总线接收总控单元发送过来的控制指令，并对相关控制指令进行解析，形成i/o口上的驱动开关量信号；所述通信控制模块对该功能部件内部其他功能子模块上报的开关量和模拟量进行采集、检测并转换为软件可读取的数字量，并将相关数据通过can总线上传给总控单元；

5、所述多路并行can总线采用广播方式发送信息，每一路can总线通过一个一体化控制电缆与总控单元的一个can总线接口连接，实现can总线通信。

6、进一步的，所述一体化控制系统还包括同步控制网络，所述同步控制网络，产生、传输、解析和控制帧同步信号和输出使能信号；

7、所述帧同步信号由高频发射机上一级系统产生，由总控单元负责接收、解析和处理；

8、所述输出使能信号由总控单元根据收到的控制命令和帧同步信号进行延时计算后产生，帧同步信号与输出使能信号之间存在时序相关性，使得高频发射机及功能部件能够按帧工作，帧同步信号与输出使能信号之间的延时由高频发射机工作方式和切换模式所决定；

9、所述一体化控制电缆实现can总线通信、帧同步信号、输出使能信号的一体化分解、传输和控制。

10、进一步的，所述i/o口上的驱动开关量信号，等待帧同步信号和输出使能信号到达所述通信控制模块时才生效。

11、进一步的，所述帧同步信号和输出使能信号由总控单元分解后，由一体化控制电缆传输到每个功能部件；对于需要帧同步和输出控制的功能部件，由通信控制模块接收和处理帧同步信号和输出使能信号；当通信控制模块接收到帧同步信号后，立即使之前收到的can总线命令信息生效，在输出使能信号到来之前完成工作模式切换、工作波段切换、输出幅度切换；输出使能信号经过通信控制模块解析处理后分成多路驱动信号用于控制所在功能部件内其他功能子模块的输出。

12、进一步的，当所述所在功能部件内其他功能子模块输入或输出异常或发生其它故障时，所述驱动信号发生跳变，切断该所在功能部件内其他功能子模块的功率输出，使其退出工作网络。

13、进一步的，所述故障控制网络包括故障冗余网络，所述的故障冗余网络包含直流电源输出冗余网络和射频输出冗余网络；

14、所述直流电源输出冗余网络包括功能部件的电源输出进行并联分组，主电源和辅助电源均按故障冗余原则进行架构设计；

15、所述射频输出冗余网络包括对功能部件的射频输出进行并联分组，基础功放模块和功放单元组成树型射频功率合成网络。

16、进一步的，所述故障控制网络还包括节点参数采集系统，所述节点参数采集系统是将各个功能部件所关注的工作参数进行精确采集、转换以及数字化处理。

17、进一步的，所述故障控制网络采用故障控制保护算法，将高频发射机所有的故障进行分类分级综合管理，按设定的规则算法采取不同的保护措施。

18、进一步的，将所述故障分为轻微故障、一般故障和严重故障三类；

19、所述轻微故障，是指在系统冗余设计中允许出现的故障类型，高频发射机将保持继续工作；高频发射机会在下一个工作帧到达后将此类故障清除复位；若轻微故障能够被清除复位，高频发射机将记录相关信息并继续正常工作；若轻微故障不能被清除复位并累计达指定次数，高频发射机黄灯告警，并将相关信息记录并上传给上一级系统，整机仍继续正常工作；

20、所述一般故障，是指轻微故障数量达到某个限定值或高频发射机输入输出环境出现异常；在下一个工作帧信号到达后，高频发射机对一般故障进行清除复位；若一般故障能够被清除复位，高频发射机将相关信息记录在日志中，同时恢复功率输出并继续工作；若一般故障连续指定次数都不能被清除复位，高频发射机将持续关闭功率输出，红灯告警，记录相关信息，只有人工干预排除故障后高频发射机才可恢复工作；

21、所述严重故障，是指故障类型对高频发射机有着重要影响，继续工作会损坏整机设备或导致故障严重扩散；高频发射机将立即关闭功率输出，进入待机状态，不响应任何遥控指令，同时红灯告警，并记录相关信息，只有人工干预排除故障后高频发射机才可恢复工作。

22、进一步的，在所述一体化控制电缆中设有严重故障硬件保护通道，当发生设定的严重故障时，所述严重故障硬件保护通道发生硬件连锁信号跳变，先于软件切断射频功率输出

23、本发明的高频发射机的一体化控制系统的有益效果如下：

24、针对高频发射机通信控制、同步控制、故障控制等现有不足，本发明的高频发射机的一体化控制系统，首次提出了一种一体化控制系统，将高频发射机庞大的功能部件的通信控制、同步控制、故障控制等整合在一起，可以实现高频发射机的实时控制、快速切换、状态采集、同步工作、故障弱化与快速保护等功能，使高频发射机能够适用于复杂的应用场景，并保持足够稳定可靠的功率输出。

25、本发明的高频发射机的一体化控制系统，针对高频发射机功能部件数量庞大、类型复杂、同步困难、故障多变等特点，提出了一体化通信控制网络、一体化硬件同步网络、一体化故障控制网络，实现了高频发射机所有的功能部件协同工作和健康管理，提升了设备的工作效能。

26、本发明中还提供了一种一体化控制电缆，集合了can总线通信、同步控制、故障快速保护等功能于一身，高频发射机的主要功能部件，如功放单元、电源模块、前级放大单元等均采用一体化控制电缆与总控单元连接，实现了信息传输、同步控制、故障保护等功能。

27、按照高频发射机健康管理需求，对主要功能部件的故障进行了冗余设计，关键状态信息数字化采集系统设计，对所有的故障模式进行了分类分级控制保护，并设计了严重故障快速保护响应机制，实现了高频发射机的智能化健康管理与控制。

28、本发明的高频发射机的一体化控制系统，具有一定的通用性，适用于各类型、系统复杂、功能多变的大功率高频发射机系统控制架构设计，对高频发射机内部所有的功能部件均可进行在线控制与在线监测。本发明的高频发射机的一体化控制系统，实施方法简单、控制精度高、抗干扰能力强，成本低，可靠性高，可以有效提升高频发射机系统的可靠性和稳定性。