[发明专利]一种空间微牛级电推进控制系统

说明书

本发明公开了一种空间微牛级电推进控制系统，包括：指令解析模块，遥测采集模块，推力转换模块，推力控制模块和DA控制模块；指令解析模块用于解析卫星平台发送的指令，将解析的参数输出到推力控制模块；遥测采集模块用于控制AD采集芯片，采集推力器反馈的电压和电流，并将采集的电压和电流进行均值处理，将处理后的电压和电流发送至推力转换模块；推力转换模块用于将接收到的均值处理后的电压和电流转换为对应的推力值，发送至推力控制模块；推力控制模块通过选择使用开环控制或者闭环控制实现推力控制，基于接收的数据计算电压值，将电压值输出至DA芯片控制模块；DA芯片控制模块用于将接收的电压值转换为N值，输出到DA芯片，实现微牛级推力输出到推力器。

技术领域

本发明涉及航空航天以及SOC设计领域，特别涉及一种空间微牛级电推进控制系统。

背景技术

随着全球引力波探测计划的开展以及高精度对地观测和卫星导航等空间任务在精度、噪声等方面的需求提高，具有高精度、高分辨率和宽范围的微牛级推力推进技术成为迫切需要。空间微牛级推进技术的应用需求主要包括两个方面：一类是无拖曳控制卫星平台，用于空间引力波探测等；另一类是超高精度控制卫星平台，用于高精度空间导航、观测等任务。

目前国内外的推进技术主要有冷气推进技术、电喷雾推进技术、射频离子推进技术、霍尔电推进技术等。电推进技术相较于冷气推进技术，具有比冲高、推力小且精确可调、寿命长等优点。随着电推进技术的不断发展，基于流量或电流反馈、实时调节技术是未来高精度航天器控制的主流技术之一，因此需要发展基于闭环控制的电推进技术。

国内对于电推进的闭环控制方法均是通过simulink等仿真工具进行实现，但无法应用于航空航天设备中；通过软件实现，则具有控制效率低、出现程序跑飞误控等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空间微牛级电推进控制系统，通过FPGA实现快速高精度的电压电流采集，通过采集到的电压电流实现推力闭环控制，提高推进器的推力范围和精度，降低推力噪声，并且增加分段式线性开环控制提供推力控制的可靠性。该系统已成功用于2019年发射的“太极一号”的射频离子微推进系统中，在国际上首次实现微牛级射频离子微推进技术的在轨验证。此外，本发明提供了一个通用化的闭环控制方案，能够适用于大部分电推进器，实现通用化设计。

为实现上述目的，本发明提出了一种空间微牛级电推进控制系统，分别与卫星平台、推力器的外围AD采集芯片及DA芯片连接，所述系统包括：指令解析模块，遥测采集模块，推力转换模块，推力控制模块和DA控制模块；

所述指令解析模块，用于解析卫星平台发送的指令，将解析得到的参数通过APB总线输出到推力控制模块；

所述遥测采集模块，用于控制AD采集芯片，采集推力器反馈的电压和电流，并将采集的电压和电流进行均值处理，将处理后的电压和电流发送至推力转换模块；

所述推力转换模块，用于将接收到的均值处理后的电压和电流转换为对应的推力值，发送至推力控制模块；

所述推力控制模块，用于选择使用开环控制或者闭环控制实现推力控制，基于接收的数据计算电压值，将电压值输出至DA芯片控制模块；

所述DA芯片控制模块，用于将接收的电压值转换为N值，输出到DA芯片，从而实现微牛级推力输出到推力器。

作为上述系统的一种改进，所述系统还包括遥测打包模块，用于接收所述指令解析模块发送的遥测数据，以及所述遥测采集模块发送的均值处理后的电压和电流，打包后发送至卫星平台进行实时观测和数据分析。

作为上述系统的一种改进，所述指令解析模块解析得到的参数包括：配置的推力值、电压最大输出值V_max、开环控制的所有系数、闭环控制使能信号和PID控制参数。