[发明专利]一种用于卫星电源控制器的数字化控制系统

说明书

本发明公开了一种适用于卫星电源控制器的数字化控制系统，采用集中加分散的一体化“主‑从”构架，为每个功能模块设有对应的数字从控单元，进行相应功能模块的控制与管理，实现电源系统所需的功率变换；各个数字从控单元通过内数据总线连接数字主控模块并受其控制调度；数字主控模块进行电源系统整机控制、管理和调度，提供充放电电流基准和模块工作模式，负责稳定母线电压、蓄电池充放电管理、数字从控单元的切除投入控制。通过“N+1”模块配置提高可靠性，当系统中一个模块损坏，数字主控模块控制其脱离系统，以实现故障隔离，同时控制冗余模块投入，保证整个系统在故障情况下仍然可以正常工作，具有重要的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及数字化控制领域，尤其涉及卫星电源系统功率控制和DC/DC功率变换的数字化控制领域，具体涉及到一种用于卫星电源控制器的数字化控制系统构架及其控制策略。

背景技术

电源分系统是卫星平台的重要组成之一，其发展水平对提高卫星性能、延长卫星工作寿命起着关键作用。随着航天器功能与性能的优化、负载容量的扩大化、运行轨道的多样化，对航天器电源系统的配置管理、故障检测与诊断等技术都提出了更高的要求。一方面，航天器系统的分布式供配电架构使电源控制器的使用数量有了本质的跨跃，这不仅需要减小每个模块的重量和体积，而且需要对所有功能模块进行合理管理和监控；另一方面，一些高精密载荷及特种载荷的应用需要高性能电源控制器作前端支持，电源系统不仅要满足不同等级的输出电压，而且要求输出电压在一定范围内可调，并具有复杂的保护和管理逻辑。目前的模拟电源控制器难以满足载荷的应用需求变化，导致电源系统复杂庞大或者需要较长的定制电源生产周期。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提出一种数字化“主-从”式电源系统控制构架，用于卫星电源控制器；其中，FPGA芯片作为控制芯片，实现电源管理、多路驱动器的环路控制算法和脉宽调制（PWM）输出。作为本发明的一种改进，所述电路还包括内数据总线设计，用于主-从控制器直接进行数据交互，实现电源系统一体化管理与控制。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于卫星电源控制器的数字化控制系统，该电源控制器控制太阳能电池阵产生能量的分配及蓄电池的充放电，其内部通过全调节母线连接包含分流调节器、充放电调节器的多个功能模块；

所述数字化控制系统中为每个功能模块设有对应的数字从控单元，进行相应功能模块的控制与管理，实现电源系统所需的功率变换；各个所述的数字从控单元通过内数据总线连接数字主控模块，并受所述数字主控模块控制调度；所述数字主控模块进行电源系统整机控制、管理和调度，提供充放电电流基准和模块工作模式，负责稳定母线电压、蓄电池充放电管理、数字从控单元的切除投入控制。

本发明采用集中+分散的一体化“主-从”构架，包括数字主控模块、数字从控单元，数据内总线技术和相关通讯控制电路。基于该数字控制构架的控制策略和方法设计的卫星电源数字控制系统具有通用化配置和可编程输出的特性。控制系统的软件构架中包括控制环路设计和电源管理、保护程序构架。该数字控制构架可广泛适用于卫星电源控制器不同功率输出等级和变换场合。

各个模块通过内数据总线受数字主控模块控制调度，由数字主控模块提供充放电电流基准和模块工作模式；同时数字主控模块监控各个模块，当模块故障时，切除故障模块，保证整个系统可靠性。数字从控单元间相互独立，各司其职，以提高系统整体可靠性。数字主控模块负责监控整个电源系统，并将各个模块的运行信息通过1553B总线与上位机通讯。

“N+1”冗余可靠控制技术—主从式架构一方面可以通过“N+1”模块配置提高可靠性，当系统中一个模块损坏，主控制器控制其脱离系统，以实现故障隔离，同时控制冗余模块投入，保证整个系统在故障情况下仍然可以正常工作，具有重要的工程应用价值。