[发明专利]基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统及其PID控制方法

权利要求书

1.基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统，其特征在于，它包括核心处理器、AD模块、陀螺模块、无线模块和底板模块；

所述核心处理器采用在单一芯片上集成了固有可靠性的快闪FPGA架构、一个166MHz ARM Cortex-M3处理器、安全处理加速器、DSP模块、SRAM、eNVM和多个通信接口模块的SmartFusion2芯片实现的；

核心处理器，用于控制数据采集及接收，对接收的数据进行处理，输出指令控制卫星姿态和卫星轨道；

陀螺模块，用于测得卫星三轴的角速度信息，并将所述角速度信息发送给核心处理器的模块；

AD模块，用于遥测采集通道，采集本模块及整星电压、温度量，对采集的信号进行模数转换，转换后的数据发送给核心处理器的模块；

无线模块，用于核心处理器与上位机进行无线交换数据的模块；

所述底板模块包括通信接口、控制电源、状态输入接口、OC驱动接口、调试接口和复位电路；

控制电源，用于为分离装置、加热器、火工品和推力器进行供电控制；

状态输入接口，用于采集行程开关信号；

OC驱动接口，共7路，用于指令输出；

调试接口，用于对系统的程序及固件下载调试；

复位电路，用于控制系统硬件复位；

所述通信接口包括CAN接口、SPI接口，I2C接口，同步422接口，异步422接口和异步串口。

2.根据权利要求1所述的基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统，其特征在于，所述多个通信接口模块还包括MSS单元外设接口模块和FPGA单元外设接口模块；

MSS单元外设接口模块包括CAN协议通信接口模块、SPI协议通信接口模块、同步串口通信接口模块、I2C协议通信接口模块和外设32位的GPIO模块，

CAN协议通信接口模块，共2路，用于实现Cortex^TM-M3的硬核处理器与外部的CAN协议数据通信；

SPI协议通信接口模块，共6路，其中3路用于与陀螺模块通信，另3路用于接收AD模块转换的信号；

同步串口通信接口模块，共2路，用于实现Cortex^TM-M3的硬核处理器与外部的同步422协议数据通信；

I2C协议通信接口模块，共2路，用于实现Cortex^TM-M3的硬核处理器与外部的I2C协议数据通信；

外设32位的GPIO模块，共32路，前16路用于中断控制外扩异步串口，后16路用于电源模块、陀螺模块和AD模块的控制和复位；

FPGA单元外设接口模块包括用FPGA通过CoreAPB总线外挂的多个异步串口IP模块和GPIO接口模块，

异步串口IP模块，共16路，1路用于与地面测试及CPU程序加载，其余7路用于接受磁强计、其他陀螺模块、加速度计的异步422通信协议信号，实现异步422通信，剩余8路用于备份；

GPIO接口模块，共32路，其中16路用于输入输出，另16路用于输出；32路输出中，7路用于OC输出，1路用于二级供电总控制引脚，8路用于二级供电控制，16路用于一级供电控制；16路输入用于采集状态行程开关信号。

3.根据权利要求2所述的基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统，其特征在于，所述陀螺模块采用CRG20单轴微陀螺实现。

4.根据权利要求2所述的基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统，其特征在于，所述AD模块采用ADS1256芯片实现。

5.根据权利要求2所述的基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统，其特征在于，所述无线模块采用Zigbee射频芯片CC2530实现。

6.权利要求1所述的基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统的PID控制方法，其特征在于，所述方法通过上位机和核心处理器实现。

上位机的PID控制过程包括如下步骤：接收卫星姿轨控制系统发送的卫星姿轨控制指令数据的步骤；对接收到的数据进行解码判断的步骤；当判断接收的数据正确后，对卫星姿轨动力学模型进行解算，将所接收到的数据用于卫星姿轨动力学模型中，得到新的卫星姿轨状态数据，并将卫星姿轨状态数据打包发送给核心处理器的步骤；

核心处理器的PID控制过程包括如下步骤：接收上位发送的卫星姿轨状态数据的步骤；对接收到的数据进行解码判断的步骤；当判断接收的数据正确后，对卫星姿轨数学模型进行解算，将所接收到的数据用于卫星姿轨数学模型中，通过PD控制算法得到新的卫星姿轨控制指令，并将新的卫星姿轨控制指令打包发送给上位机的步骤。