[发明专利]一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法

说明书

一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法，本发明针对某卫星型号产品光电编码器进入增量模式导致角度测量错误的一种故障冗余措施。为了提高粗指向机构产品的可靠性和可用性，在编码器部分硬件故障的情况下也能保证产品的功能和性能。采用的绝对式光电编码器当部分硬件或软件功能失效的情况下会转入增量模式进行工作，此时光电编码器测量的角度变为增量数据。为了获得绝对的角度，需要寻找到光电编码器的绝对零位，然后编码器将以寻找到的零位为基准输出角度数据，以指示出激光终端粗指向机构的工作位置。

技术领域

本发明涉及一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法，属于空间指向机构故障诊断技术领域。

背景技术

目前卫星、空间站、行星探测器已经越来越多的遍布在外层空间。在通信链路组网的同时，对其信息的传输都有了更高的要求。传统射频通信模式的传输速率远远满足不了通信速率不断提高的要求，激光通信成为卫星通信的发展趋势。在卫星激光通信终端中粗指向机构(CPA)扮演着极为重要的角色，是星间激光通信成败的关键技术之一。

目前能够提供较高测量精度和环境可靠性的角度传感器有三种：旋转变压器、感应同步器和光电编码器。为了实现角秒级的定位和控制精度，要求测角装置的测量分辨率和测量误差都极高，测角误差要求小于2。对于旋转变压器而言，为了提高角度测量分辨率，旋转变压器的尺寸和重量往往需要做得较大，不太适用于粗指向机构设计。而圆感应同步器信号较弱，信号处理线路要求较高，也不适用与粗指向机构设计。因此，粗指向机构将采用绝对式光电编码器来进行设计。光电编码器具有精度高、重量轻、结构紧凑等优点，其工作原理利用动静两块光栅以小间隙形成莫尔条纹，通过光电转换，将两块光栅的相对转动转化为电信号的变化，电信号经过电路处理后得到转动的数字信息。光栅相对移动一个光栅周期，莫尔条纹移动一个周期，电信号变化一个周期，是一一对应关系。莫尔条纹具有平均效应、对应关系、放大作用的特点，实现编码器高精度的测量。

激光终端粗指向机构采用永磁同步电机直接驱动控制方案，在光电编码器由于硬件或软件失效的情况下进行寻零控制过程中，无法得到电机的准确角度，因此也无法实现电机的磁场定向控制，此时电机需工作在虚拟位置预测的工作过程中，通过预测电机下一步的运动角度，给出电机的控制指令，实现电机的运动控制，当电机运动至光电编码器标识的零位时，电机自动停止运动。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法，针对粗指向机构产品光电编码器在轨进入增量模式问题而提出来的，光电编码器进入增量模式导致角度测量错误的一种故障冗余措施，规划了光电编码器寻零的运动路径。通过不使用编码器角度数据直接预测角度位置驱动机构，以寻找光电编码器的零位，编码器FPGA 软件接收到零位标志后对测量角度重新标定置零，并根据运动方向进行角度数据的更新，通过本发明方法保证了光电编码器寻零的完备性和准确性。通过采用本专利方法在编码器部分硬件故障的情况下对编码器测量角度进行了重新标定，保证产品的功能和性能，进而保障了在轨任务的实现。

本发明的技术解决方案是：一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统，包括寻零控制流程模块、虚拟位置预测模块、零位检测模块、光电编码器测角模块、第一差分模块、力矩电流校正模块、坐标变换模块、电流采样模块、第二差分模块、励磁电流校正模块、旋转坐标反变换模块、SVPWM调制模块、全桥逆变驱动模块、永磁同步电机和轴系负载；

寻零控制流程模块，根据寻零启动指令以及码盘零位标志字，实现对光电编码器失效下的寻零控制策略，得到寻零过程中电机的寻零转速和转动方向，并将寻零转速和转动方向发送至虚拟位置预测模块；

虚拟位置预测模块，根据寻零速度和转动方向，计算得到下一周期的虚拟预测角位置，并发送至坐标变换模块和旋转坐标反变换；

零位检测模块，用于检测光电编码器是否检测到零位信号，输出对应的码盘零位标志字；