CC BY
33Решетнеескцие чтения. 2015
УДК 681.3:629.783
РАЗРАБОТКА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩИМ ДВИГАТЕЛЕМ-МАХОВИКОМ
А. С. Сивков, Д. В. Продан, Р. И. Сергеев
Московский физико-технический институт (государственный университет) Лаборатория высокоточных систем ориентации.
Российская Федерация, 141700, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9 E-mail: [email protected] [email protected] [email protected]
Обеспечение долгой бесперебойной работы управляющих двигателей-маховиков для малых космических аппаратов требует разработки блоков управления высокой степени защищённости от сбоев и воздействия космических факторов.
Ключевые слова: блок управления, система ориентации и стабилизации, управляющий двигатель-маховик, малые космические аппараты.
DEVELOPING CONTROL UNIT FOR FLYWHEEL ENGINE
А. S. Sivkov, D. V. Prodan, R. I. Sergeev
Moscow Institute of Physics and Technology (State University) Laboratory of High Precision Attitude Control System 9, Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow Region, 141700, Russian Federation E-mail: [email protected] [email protected] [email protected]
To provide flawless operation for controlling flywheel engines for small spacecraft it is significant to develop control units with high degree protection from flaws and space factor impact.
Keywords: black box, orientation and stabilization system, controlling flywheel engine, small spacecraft.
Проектирование малых космических аппаратов (МКА) - новейшее и быстроразвивающееся направление мировой космонавтики. Одной из основных бортовых систем МКА является система ориентации и стабилизации, важнейшие элементы которой -управляющие двигатели-маховики (УДМ).
При разработке блока управления УДМ к нему предъявлялись требования длительного срока эксплуатации в условиях воздействия факторов космического пространства. При этом с точки зрения управления маховик представляет собой бесколлекторный двигатель постоянного тока, контроль положения вала в котором осуществляется при помощи аналоговых (линейных) датчиков Холла.
Для увеличения надежности в схеме используются два канала управления. Основной канал реализован на микроконтроллере АЯМ7 и осуществляет векторное управление электродвигателем, резервный реализован на ПЛИС и осуществляет синусоидальную коммутацию двигателя по датчикам положения ротора.
Поскольку к системе управления предъявляется требование высокой точности обеспечения управляющего момента, ЦПУ основного канала управления нагружено высокоточными алгоритмами фильтрации данных от датчиков обратной связи, а также алгоритмами управления. Увеличения производительности ЦПУ основного канала управления, а вместе с тем уменьшения такта управления до 50 микросекунд удалось достичь путём разделения задач между ЦПУ
основного канала и ПЛИС резервного канала, а также максимально задействовав периферийные модули ЦПУ. ПЛИС резервного канала осуществляет первичную обработку и форматирование данных от датчиков обратной связи, в то время как ЦПУ основного канала занимается постобработкой входных данных, выработкой управляющих воздействий и коммутацией фаз двигателя. В то же время процессор имеет возможность изменить структуру ПЛИС по команде с Земли, благодаря чему в процессе полета можно дополнять функционал блока.
В качестве основного интерфейса связи и управления УДМ используется СА№, кроме того, для работы с различными видами бортовых компьютеров реализованы SpaceWire и Я8422.
Важно отметить, что питание основного и резервного каналов управления является независимым друг от друга. Это дает возможность отключить какой-либо из каналов при его отказе. Более того, в схеме используются ключи с автоматическим отключением при превышении током потребления заданного предела - так называемые микросхемы защиты от тиристорного эффекта.
В рамках работы над проектом был осуществлен подбор отечественной элементной базы, что позволяет при наличии необходимости перевести разработку на базу российского производства.
© Сивков А. С., Продан Д. В., Сергеев Р. И., 2015
