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航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法

阅读:698发布:2020-05-20

专利汇可以提供航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 航天器 电源 控制器 ,包括遥测遥控模 块 、功率调节及控 制模 块和通信 接口 ,所所述功率调节及 控制模块 与所述遥测遥控模块输入输出双向 信号 连接,所述遥测遥控模块与所述 通信接口 输入输出双向信号连接。本发明还提供了一种故障诊断和性能监测平台。本发明还提供了一种故障诊断和性能监测方法。本发明的有益效果是:可对航天器电源控制器的故障进行准确检测和 定位 ,缩短故障检测和定位时间,同时可对航天器电源控制器的 母线 电压 纹波等性能进行监测,为航天器电源控制器的健康管理等奠定了 基础 。,下面是航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法专利的具体信息内容。

1.一种航天器电源控制器,其特征在于:包括遥测遥控模、功率调节及控制模块和通信接口,,所述功率调节及控制模块与所述遥测遥控模块输入输出双向信号连接,所述遥测遥控模块与所述通信接口输入输出双向信号连接。
2.根据权利要求1所述的航天器电源控制器,其特征在于:所述航天器电源控制器连接有外部设备,所述外部设备包括太阳电池阵、蓄电池组和负载,所述太阳电池阵、蓄电池组和负载分别与所述功率调节及控制模块连接。
3.一种故障诊断和性能监测平台,其特征在于:包括如权利要求1所述的航天器电源控制器。
4.根据权利要求3所述的故障诊断和性能监测平台,其特征在于:所述遥测遥控模块包括AD转换电路微处理器电路和存储器,所述存储器与所述微处理器电路输入输出双向信号连接,所述微处理器电路与所述AD转换电路输入输出双向信号连接。
5.根据权利要求4所述的故障诊断和性能监测平台,其特征在于:所述微处理器电路与所述通信接口输入输出双向信号连接。
6.根据权利要求4所述的故障诊断和性能监测平台,其特征在于:所述率调节及控制模块包括测试点采样电路,所述测试点采样电路的输出端与所述AD转换电路的输入端连接。
7.根据权利要求4所述的故障诊断和性能监测平台,其特征在于:所述遥测遥控模块还包括故障诊断模块、性能监测模块、数据存储模块、数据打包发送模块,其中,故障诊断模块利用采集到的测试点数据,按照故障诊断方法对航天器电源控制器进行故障诊断,性能监测模块利用采样的测试点对航天器电源控制器的关键部件性能进行监测,数据存储模块对故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行存储,数据打包发送模块则把故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行打包并发送至通信接口。
8.一种故障诊断和性能监测方法,其特征在于:基于权利要求3至7中任一项所述的故障诊断和性能监测平台进行以下步骤:
S1、确定测试点;
S2、进行测试点的故障诊断和性能监测。
9.根据权利要求8所述的故障诊断和性能监测方法,其特征在于,步骤S1包括以下子步骤:
S11、故障模式分析,故障模式分析时将各功能模块分解为若干个基础功能电路,对每一个基础功能电路的故障模式进行分析,包括故障模式名称、故障原因、故障影响、故障检测方法;
S12、测试性建模,在故障模式分析、故障传递关系分析基础上,建立航天器电源控制器的故障与测试的相关性模型;
S13、考虑性能监测需求,考虑母线电压纹波的性能监测需求,确定需要的测试点;
S14、测试点优化,综合考虑故障诊断和性能监测需求,以检测率和隔离率为优化目标,并以最大检测覆盖面、最小成本为准则完成测试点优化。
10.根据权利要求9所述的故障诊断和性能监测方法,其特征在于,步骤S2包括以下子步骤:
S21、通过故障诊断模块利用采集到的测试点数据,按照一定的故障诊断方法对航天器电源控制器进行故障诊断;
S22、通过性能监测模块利用采样的测试点对航天器电源控制器的关键部件性能进行监测,包括母线电压纹波、充电调节器充电效率、放电调节器放电效率进行计算和评估;
S23、通过数据存储模块对故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行存储,故障相关数据指检测到故障时一段时间内的故障相关测试点数据,若数据超出存储空间则覆盖最早的存储数据;
S24、通过数据打包发送模块将故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行打包并发送至通信接口。

说明书全文

航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航天器电源控制器(PCU),尤其涉及一种航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法。

背景技术

[0002] 航天器电源控制器(PCU)主要由功率调节及控制模和遥测遥控(TMTC)模块组成。功率调节及控制模块用来调节太阳电池阵、蓄电池组和负载之间的功率平衡。TMTC模块主要完成PCU内部遥测参数采集和外部遥控指令接收的功能。目前航天器电源控制器的故障诊断和性能监测由地面系统根据遥测数据来完成,存在诊断实时性和控制能有限、有些故障和性能无法检测的问题。同时PCU本身较少考虑故障诊断和性能监测方面的需求,只能提供功率模块简单的健康状态信息,无法对具体的故障进行诊断和定位,也无法对母线电压纹波等性能进行监测。

发明内容

[0003] 为了解决现有技术中的问题,本发明提供了一种航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法。
[0004] 本发明提供了一种航天器电源控制器,包括遥测遥控模块、功率调节及控制模块和通信接口,所述功率调节及控制模块与所述遥测遥控模块输入输出双向信号连接,所述遥测遥控模块与所述通信接口输入输出双向信号连接。
[0005] 作为本发明的进一步改进,所述航天器电源控制器连接有外部设备,所述外部设备包括太阳电池阵、蓄电池组和负载,所述太阳电池阵、蓄电池组和负载分别与所述功率调节及控制模块连接。
[0006] 本发明还提供了一种故障诊断和性能监测平台,包括所述的航天器电源控制器。
[0007] 作为本发明的进一步改进,所述遥测遥控模块包括AD转换电路微处理器电路和存储器,所述存储器与所述微处理器电路输入输出双向信号连接,所述微处理器电路与所述AD转换电路输入输出双向信号连接。
[0008] 作为本发明的进一步改进,所述微处理器电路与所述通信接口输入输出双向信号连接。
[0009] 作为本发明的进一步改进,所述率调节及控制模块包括测试点采样电路,所述测试点采样电路的输出端与所述AD转换电路的输入端连接。
[0010] 作为本发明的进一步改进,所述遥测遥控模块还包括故障诊断模块、性能监测模块、数据存储模块、数据打包发送模块,其中,故障诊断模块利用采集到的测试点数据,按照故障诊断方法对航天器电源控制器进行故障诊断,性能监测模块利用采样的测试点对航天器电源控制器的关键部件性能进行监测,数据存储模块对故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行存储,数据打包发送模块则把故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行打包并发送至通信接口。
[0011] 本发明还提供了一种故障诊断和性能监测方法,基于上述任一项所述的故障诊断和性能监测平台进行以下步骤:
[0012] S1、确定测试点;
[0013] S2、进行测试点的故障诊断和性能监测。
[0014] 作为本发明的进一步改进,步骤S1包括以下子步骤:
[0015] S11、故障模式分析,故障模式分析时将各功能模块分解为若干个基础功能电路,对每一个基础功能电路的故障模式进行分析,包括故障模式名称、故障原因、故障影响、故障检测方法;
[0016] S12、测试性建模,在故障模式分析、故障传递关系分析基础上,建立航天器电源控制器的故障与测试的相关性模型;
[0017] S13、考虑性能监测需求,考虑母线电压纹波的性能监测需求,确定需要的测试点;
[0018] S14、测试点优化,综合考虑故障诊断和性能监测需求,以检测率和隔离率为优化目标,并以最大检测覆盖面、最小成本为准则完成测试点优化。
[0019] 作为本发明的进一步改进,步骤S2包括以下子步骤:
[0020] S21、通过故障诊断模块利用采集到的测试点数据,按照一定的故障诊断方法对航天器电源控制器进行故障诊断;
[0021] S22、通过性能监测模块利用采样的测试点对航天器电源控制器的关键部件性能进行监测,包括母线电压纹波、充电调节器充电效率、放电调节器放电效率进行计算和评估;
[0022] S23、通过数据存储模块对故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行存储,故障相关数据指检测到故障时一段时间内的故障相关测试点数据,若数据超出存储空间则覆盖最早的存储数据;
[0023] S24、通过数据打包发送模块将故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行打包并发送至通信接口。
[0024] 本发明的有益效果是:通过上述方案,可对航天器电源控制器的故障进行准确检测和定位,缩短故障检测和定位时间,同时可对航天器电源控制器的母线电压纹波等性能进行监测,为航天器电源控制器的健康管理等奠定了基础。附图说明
[0025] 图1是本发明一种航天器电源控制器的示意图。
[0026] 图2是本发明一种故障诊断和性能监测平台的软件示意图。
[0027] 图3是本发明一种故障诊断和性能监测平台的硬件示意图。
[0028] 图4是本发明一种航天器电源控制器的功率调节及控制模块的示意图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
[0030] 如图1所示,一种航天器电源控制器(PCU),包括遥测遥控模块1、功率调节及控制模块2和通信接口6,所述航天器电源控制器连接有外部设备,所述外部设备包括太阳电池阵5、蓄电池组4和负载3,太阳电池阵5和蓄电池组4,所述太阳电池阵(SG)5、蓄电池组(BAT)4和负载3分别与所述功率调节及控制模块2连接,所述功率调节及控制模块2与所述遥测遥控模块1输入输出双向信号连接,所述遥测遥控模块1与所述通信接口6输入输出双向信号连接,遥测遥控模块1又称TMTC模块,可对航天器电源控制器的故障进行准确检测和定位,缩短故障检测和定位时间,同时可对航天器电源控制器的母线电压纹波等性能进行监测,为航天器电源控制器的健康管理等奠定了基础。
[0031] 如图2所示,本发明还提供了一种故障诊断和性能监测平台,与所述航天器电源控制器(PCU)共用遥测遥控模块1,共用的电路包括AD转换电路13、微处理器电路11、存储器12。
[0032] 如图2所示,在功率调节及控制模块2中新增了测试点采样电路21,并对TMTC模块做适当改动,使其中的AD转换电路13、微处理器电路11、存储器12等电路能满足故障诊断和性能监测需求,其它电路不做改动,其中,测试点采样电路21、AD转换电路13、微处理器电路11、存储器12由故障诊断和性能监测需要的测试点的数量和频率决定。
[0033] 本发明提供的一种故障诊断和性能监测平台,与所述航天器电源控制器(PCU)共用遥测遥控模块1,大大减少了额外增加的重量和体积,可实现故障快速检测和准确定位。诊断速度快,且能具体定位到发生故障的部件,实现了航天器电源在轨工作时关键部件的性能数据的监测获取,从而可对航天器电源的当前工作状态进行监测,为健康管理奠定了基础。
[0034] 本发明还提供了一种故障诊断和性能监测方法,基于上述任一项所述的故障诊断和性能监测平台进行以下步骤:
[0035] S1、确定测试点,测试点按照故障模式分析、测试性建模、测试点优化分析步骤得到,同时考虑了性能监测需求;
[0036] S2、进行测试点的故障诊断和性能监测。
[0037] 如图4所示,设某卫星电源控制器的功率调节及控制模块2主要由6路分流调节电路22、2个充电调节器(BCR)24、2个放电调节器(BDR)23组成。
[0038] 按照以下步骤确定测试点:
[0039] (1)故障模式分析。对分流调节电路22、充电调节器24、放电调节器23等进行故障模式分析。故障模式包括分流调节电路n(n为1至6的整数)常分流故障、分流调节电路n常供电故障、放电调节器k(k=1,2)无输出、放电调节器k输出电流值错误、充电调节器k无输出、充电调节器k输出电流值错误、充电调节器k恒压控制失效等。
[0040] (2)测试性建模。在故障模式分析、故障传递关系分析基础上,建立PCU的故障与测试的相关性模型。这些故障模式相关的测试点为MEA电压、太阳电池子阵n电压、母线电压、放电调节器k输出电流、充电调节器k输出电流、蓄电池组电压等。
[0041] (3)考虑性能监测需求。需要监测的性能为:母线电压纹波、分流调节器n效率、放电调节器k效率、充电调节器k效率,需要的测试点为母线电压、太阳电池子阵n电压、蓄电池组电压、放电调节器k输入输出电流、充电调节器k输入输出电流。
[0042] (4)测试点优化。综合考虑故障诊断和性能监测需求,以检测率和隔离率为优化目标,并考虑测试点对原电路的影响,完成测试点优化。最终确定的测试点如表1所示:
[0043] 表1故障诊断与性能监测所需测试点
[0044]
[0045] 根据确定的测试点数量和信号频率,设计如图2所示的测试点采样电路21、AD转换电路13、微处理器电路11、存储器12,保障故障诊断和性能监测需求,其中AD转换电路13、微处理器电路11和存储器12和TMTC模块共用。
[0046] 在微处理器电路11中编写软件完成故障诊断和性能监测。如图3所示,TMTC软件除包括原来的TMTC软件任务外,还包括故障诊断和性能监测任务,具体来讲,包括故障诊断模块7、性能监测模块8、数据存储模块9、数据打包发送模块10。
[0047] 故障诊断模块7利用采集到的测试点数据,比较正常工况和故障工况时的差异,差异达到一定阈值或者逻辑状态相反时认为故障发生。
[0048] 性能监测模块8利用采样的测试点对PCU的关键部件性能进行监测,包括母线电压纹波、分流效率、充电效率、放电效率等。需要注意的是,因工作模式的不同,各功率模块不是总在工作状态,应在模块工作状态时对性能指标进行评估和计算。
[0049] 数据存储模块9对故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行存储。此处的故障相关数据可取检测到故障时前后10ms内的故障相关测试点数据。若数据超出存储空间则覆盖最早的存储数据。
[0050] 数据打包发送模块10则把故障诊断结果、性能监测数据及故障相关数据进行打包并发送至1553B通信接口。
[0051] 本发明提供的一种航天器电源控制器、故障诊断和性能监测平台与方法,可对PCU的故障进行准确检测和定位,缩短故障检测和定位时间,同时可对PCU的母线电压纹波等性能进行监测,为PCU健康管理等奠定了基础。
[0052] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
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