基于FPGA的星载步进电机控制电路设计

针对航天设备在轨运行时间长、不易更换的特点,提出了一种力矩宽且范围可调的步进电机控制电路设计。该电路原理样机以Xilinx公司的XC3S400pq-208型FPGA为核心控制芯片,以LMD18200为步进电机驱动芯片。在对电路总体设计进行介绍的基础上,重点阐述了航天过程中步进电机阻力矩增加的问题,以及通过脉冲频率和PWM控制技术调节输出力矩的方法。试验结果表明,力矩可调范围的最大值能够使力矩裕度达到4,匹配步进电机在轨运行过程中的力矩要求。     

基于FPGA的嵌入式步进电机恒流控制系统设计与实现

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加前提下,从简化软件设计角度出发,本文提出步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较,由FPGA根据比较结果对步进电机相电流进行恒流斩波,以控制步进电机相电流误差不大于10%,从而保证浮动连接机构平稳运行。为验证步进电机相电流控制效果,通过仿真和实验的方法进行测试,测试结果表明,基于FPGA恒流斩波的闭环控制方式可以有效地将步进电机相电流误差限定在10%范围内。     

一种抑制控制力矩陀螺框架电机共模电压的方法

控制力矩陀螺作为执行机构,是保障航天器在轨寿命和工作性能的核心部件之一。为了抑制控制力矩陀螺外框电机的共模电压,提高控制力矩陀螺的在轨寿命,本文提出了一种三相四桥臂的拓扑结构与优化的SVPWM调制算法结合的共模电压抑制方法,调制过程中避免零矢量的使用,使驱动器可以保持在平衡状态,经过仿真试验的结果对比分析,验证了这种方法可以有效的抑制系统的共模电压。     

步进电机驱动柔性负载的一种振动抑制控制策略

  针对步进电机的输出力矩特征以及柔性负载的低频振动特性,提出一种抑制柔性负载振动的控制策略。推导了步进电机驱动柔性负载的动力学模型,分析了输入成形法抑制振动的原理并对其进行了扩展,由此产生的步进电机控制逻辑可以有效抑制柔性负载的低频振动。以数据中继卫星的单址天线回扫模式进行了数学仿真,结果表明,提出的控制策略有效且对系统的参数摄动具有一定的鲁棒性。     

一种能量色散X荧光光谱仪核心控制系统设计

针对能量色散X荧光光谱仪对通讯、控制及测量的特殊要求,设计一种以ARM处理器STM32F103RBT6为核心的能量色散X荧光光谱仪硬件平台与上位机结合的核心控制系统。该硬件平台集成了USB-HUB功能,采用专门的步进电机驱动芯片简化电路设计,节省了开发周期。通过增加瞬态二极管保护电路提高电路的抗雷击浪涌能力,同时具备安全的互锁功能。实验表明,系统运行安全可靠,具有良好的应用前景。     

直驱式两指型在轨捕获装置控制器设计

针对非合作目标的在轨捕获，本文设计了一种直驱式两指型在轨捕获装置控制器.针对空间单粒子翻转事件影响，采用反熔丝FPGA作为控制器的核心处理单元，实现了多种传感器信息的采集，电机驱动，抱闸控制及与外部的总线通讯，并针对该捕获装置提出了速度控制与力矩控制的复合伺服控制策略，即在合拢和拖动阶段采用速度控制方式，在锁紧阶段采用力矩控制方式.在地面模拟实验平台进行了捕获实验，结果表明该控制器能够实现在捕获过程的运动控制并且保证锁紧力矩达到要求.     

一种航天接口芯片静电防护电路的软击穿现象

接口阻抗测试是航天产品中对产品状态是否正常来进行判断的常用方法。在航天产品应用中，通常认为接口芯片阻抗测试异常即代表该接口芯片已经失效。本文针对一种LVDS接口发送芯片由静电导致阻抗测试异常，但功能正常的现象进行分析。在元器件失效分析的基础上，定位静电损伤的位置为芯片内部静电防护电路，从而建立了对应的电路模型，对芯片静电损伤的现象进行理论分析。分析说明：该芯片在被静电打击时，其静电防护电路中一个NMOS管受损，但该电路保护了芯片的功能电路，被击穿的NMOS管等效为一个电阻，因此导致阻抗测试异常，但芯片功能电路未受损的现象，为静电软击穿现象。且可认为该芯片在受静电影响后并未失效，相关电路仍具有正常工作的能力。即阻抗异常现象并不是芯片失效的充分条件。     

微重力环境中的气体质量流量控制器研究

提出了一种高可靠气体质量流量控制器设计. 介绍了该流量控制器的原理和结构. 通过比较不同的气体流量传感器和阀门, 选择了可满足空间科学实验设备可靠性要求的MEMS传感器和针阀. MEMS质量流量计的输出电压(代表实际气体流量), 经过减法电路放大和A/D采样之后, 与设定电压(代表设定的气流流量)进行比较, 差值信号输入给PID控制器, 由其输出步进电机的控制脉冲数和方向, 步进电机驱动器驱动电机调节流过针阀的气体流量, 使之与设定流量相等. 给出了利用该气体质量流量控制器控制氧气流量的实验结果. 该系统可实现流量的灵活调节, 并具备空间科学实验设备所要求的性能, 为未来在空间利用气体流量连续可调的质量流量控制计进行燃烧科学实验奠定了基础.      

全球首个商业在轨服务航天器任务拓展飞行器－1

正"在轨服务"概念诞生于20世纪60年代美、苏航天员进入太空前后,当时由于航天技术发展与制造能力限制,在轨服务研究还仅限于有人在轨服务。当航天时代步入21世纪之后,全球经济发展水平、航天制造与发射能力得到显著提升,在轨航天器数量与年度发射数量都出现井喷式增长,在轨服务概念和技术研发的投入与关注度日渐提升。以美国、欧洲、日本为代表的世界航天强国或地区都启动了各自的在轨服务项目,但多数都还停留在方     

一种适用于星载太阳翼的驱动控制器设计

为了实现星载太阳翼稳定、可靠、高精度的调速控制,本文设计一种基于FPGA的驱动控制器,通过RS-422异步通信串口接收指令,自主进行速度规划,并结合采集的零位信号进行位置闭环控制,以细分驱动的方式对两路太阳翼进行同步或独立控制.该驱动控制器使用VHDL语言设计,在Modelsim软件中进行仿真,并使用航天级FPGA通过LMD18200H桥驱动芯片连接至步进电机,对星载太阳翼进行调速、归零和停止控制.仿真和实验结果表明,该设计可以准确、稳定的控制步进电机,在64细分、100∶1减速比的条件下,低速段的速度相对误差在0. 006(°)/s之内,高速段的速度误差在±0. 13%之间.     

载人航天电子单机在轨维修技术

为提高载人航天电子单机可靠性,提出了适用于在轨维修电子单机的维修性设计方法。通过分析电子单机失效模式,确定了修复性维修的在轨维修策略,建立了内部在轨维修单元(Orbital Replaceable Unit,ORU)的选择流程;依据维修性理论,给出了ORU的维修性分配、预计和评价方法,最后对电子单机在轨维修关键技术进行了总结。运用上述方法和技术研制的电子单机在中国某载人航天器上顺利通过了在轨维修试验,可为中国载人航天电子单机的维修性设计提供技术支撑。     

CMOS集成压控振荡器设计

通过分析CMOS差分负阻振荡器的工作原理,得到电路结构和参数的优化方案。基于0.18μm工艺,采用片上电感和可变电容,设计了一种基于开关调谐电容结构的宽可调范围的分段线性互补型交叉耦合CMOS集成压控振荡器。在提高振荡器的可调范围的同时,降低相位噪声。电路采用HSPICE进行仿真,在1.8 V电源电压下,振荡频率的变化范围为1.55 GHz~2.86 GHz,可调范围约为60%。功耗为5 mW~10 mW,相位噪声在10 MHz频率偏移处为-110 dB/Hz。     

一种高稳定度太阳帆板驱动机构控制方法

为了提高低轨遥感平台卫星用太阳帆板驱动机构（SADM,solar array drive mechanism）的速率稳定度,降低太阳帆板转动对星体姿态稳定度的影响,在对SADM驱动原理分析和驱动性能测试的基础上,明确了步进电机定位力矩对速率稳定度的影响,并提出了定位力矩补偿方法．在SADM转速和转矩测量平台上,对定位力矩补偿的驱动控制效果进行了测试和对比分析,测试结果表明,采用定位力矩补偿控制方法可以将SADM的速率稳定度提高约一倍．     

利用接口芯片实现微处理器控制步进电机

利用8225可编程序外围设备接口芯片和几个分立元件,就能实现用一个微处理器靠调节步进器接收到的驱动脉冲个数及频率,来控制一台步进电机的速度和转动方向。这种结构在过程控制仪表及数控仪表装置中是十分需要的,也是应用很广的。可编程序外围设备接口芯片U_1输出     

永磁无刷直流陀螺电机锁相稳速控制研究

为满足航天液浮陀螺用无位置传感器永磁无刷直流电机作为驱动电机的新需求,提出一种新的基于可编程逻辑器件和专用驱动芯片ML4411的永磁无刷直流陀螺电机稳速控制系统.采用芯片ML4411实现陀螺电机控制系统的反电势检测、换相和功率驱动,并使用复杂可编程逻辑器件作为控制处理器,实现电机的启动、转速给定.为保证系统稳定可靠,设计了两级锁相环路控制方案.该控制系统在陀螺电机调速控制试验中满足了陀螺的性能要求,为液浮陀螺性能的提高提供了一种有效手段.     

基于PWM_ON_PWM调制方式的控制力矩陀螺框架电机驱动控制

控制力矩陀螺框架电机驱动电路采用的脉宽调制方式不同,所产生的电机转矩脉动也会不同.针对无刷直流电机驱动的控制力矩陀螺框架系统,从换相期间转矩脉动、非换相期间转矩脉动及脉宽调制方式的应用改进3个方面对不同脉宽调制方式进行分析,得出采用PWM_ON_PWM方式的转矩脉动最小,适用于控制力矩陀螺框架系统的高精度控制要求.通过仿真验证了分析的正确性.     

数控锁相频率合成器设计与试验

针对北京ＴＴＣ＆Ｍ站地面编码遥测基带设备的性能指标要求,设计了一种高性能数控连续可调频率合成器,应用于航天测控系统中。重点介绍了利用锁相环技术提高输出频率的分辨率和稳定度的方法;详细论述了吞脉冲程序分频的思想及其电路构成;对锁相环路各主要组成部分的设计过程也作了说明。     

2010年国外卫星故障综述

2010年度，全球卫星发射和在轨运行故障频出，各主要航天国家都发生了比较严重的航天事故：印度2次发射失败，1星在轨故障；俄罗斯1次发射失败（“一箭三星”），2星在轨失效；韩国1次发射失败；日本成像侦察卫星在轨失效；欧洲、美国也均有在轨卫星重大故障发生。     

载人航天:中、美、俄三足鼎立

6月29日上午10时许,在圆满完成所有在轨任务后,搭乘3名航天员的神舟九号载人飞船返回舱平安返回,为本次航天任务划上了一个圆满的句号。中国载人航天工程办公室主任王兆耀用12个字来评价这次任务:结果圆满、过程完美、成果丰硕。     

国内最小控制力矩陀螺研制成功

正日前,中国航天科技集团公司五院502所成功研制出0.1牛米秒微型控制力矩陀螺(CMG)。这是国内目前角动量最小的CMG产品。该产品本体质量仅有690克,最大输出力矩0.1牛米。其研制成功将使我国具备微纳卫星高敏捷姿态机动能力,可以完成宽范围立体对地观测和卫星在轨重构等任