本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制方法，可應(yīng)用于衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制任務(wù)。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)翼電池陣面跟蹤太陽(yáng)，以最大效率產(chǎn)生電能的重要實(shí)現(xiàn)途徑，為提高太陽(yáng)翼帆板跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的跟蹤精度，縮短太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備的開發(fā)周期，對(duì)衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制方法提出了更高的要求。

目前，常用的衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制方法是基于CPU模塊加全橋電路的方式實(shí)現(xiàn)的，比如廣泛應(yīng)用于各型號(hào)衛(wèi)星的CPU模塊加LMD18200芯片的驅(qū)動(dòng)控制方案，該方案需要采用軟件代碼的方法產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)，因此對(duì)軟件開發(fā)人員的技術(shù)水平要求較高，開發(fā)過(guò)程比較漫長(zhǎng)，脈沖信號(hào)的精度也會(huì)因軟件開發(fā)者的不同而產(chǎn)生變化。可見，目前常用的衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板控制方法還需要進(jìn)一步的改進(jìn)。本發(fā)明采用反熔絲類FPGA加步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器TMC262和控制器TMC429的方案驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以硬件實(shí)現(xiàn)的方式縮短了軟件開發(fā)周期，提高了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需脈沖及脈沖變化率的精度，而且，該方法拓展了衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制手段，可直接應(yīng)用于我國(guó)各個(gè)型號(hào)的衛(wèi)星太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)控制任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)是太陽(yáng)翼電池陣面跟蹤太陽(yáng)的重要實(shí)現(xiàn)途徑，本發(fā)明提供一種新方法用于驅(qū)動(dòng)控制衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)，具有開發(fā)周期短，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)精度高，能夠容易的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、加速度等各項(xiàng)指標(biāo)的特點(diǎn)。

本發(fā)明具體通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制方法，中央處理模塊實(shí)時(shí)接收星載計(jì)算機(jī)發(fā)送的遙控指令，根據(jù)遙控指令內(nèi)容驅(qū)動(dòng)控制太陽(yáng)翼帆板的擺動(dòng)，同時(shí)安裝在太陽(yáng)翼帆板端的霍爾傳感器反饋太陽(yáng)翼帆板的位置信息，結(jié)合太陽(yáng)翼帆板的控制信息，反饋遙測(cè)數(shù)據(jù)至星載計(jì)算機(jī)。

優(yōu)選地，中央處理模塊實(shí)時(shí)接收、校驗(yàn)星載計(jì)算機(jī)發(fā)送的遙控指令，根據(jù)遙控指令的內(nèi)容計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的各項(xiàng)參數(shù)，比如轉(zhuǎn)動(dòng)速度、加速度、繞組電流等，然后分別對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行配置，完成太陽(yáng)翼帆板擺動(dòng)控制。

優(yōu)選地，中央處理模塊通過(guò)SPI串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器TMC429和驅(qū)動(dòng)器TMC262進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)控制器TMC429和驅(qū)動(dòng)器TMC262共同作用，通過(guò)全橋驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)按照遙控指令要求轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)控制器TMC429產(chǎn)生的步/方向(S/D)信號(hào)和安裝在太陽(yáng)翼帆板端的霍爾傳感器產(chǎn)生的霍爾信號(hào)反饋到中央處理模塊，共同參與衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制。

優(yōu)選地，當(dāng)接收到一幀遙控指令數(shù)據(jù)，在10ms內(nèi)反饋一幀遙測(cè)數(shù)據(jù)，一幀遙測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)幀幀頭、遙控指令辨識(shí)碼、太陽(yáng)翼帆板角度信息、霍爾傳感器信息辨識(shí)位、太陽(yáng)翼帆板歸零到位信息及錯(cuò)誤遙控指令辨識(shí)位。

優(yōu)選地，單霍爾傳感器用于檢測(cè)太陽(yáng)翼帆板的位置，標(biāo)定太陽(yáng)翼帆板的機(jī)械零位，結(jié)合用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)和方向，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)翼帆板轉(zhuǎn)動(dòng)精度每周期自動(dòng)標(biāo)定及太陽(yáng)翼帆板能夠準(zhǔn)確停止在機(jī)械零位的功能。

優(yōu)選地，中央處理器與星載計(jì)算機(jī)之間的通信是通過(guò)RS422串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行。

本發(fā)明提供一種衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制的新方法，拓展了衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制手段，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片TMC262和步進(jìn)電機(jī)控制芯片TMC429的方案控制驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)翼帆板的擺動(dòng)，該方案具有開發(fā)周期短、能夠容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)加速度、速度、繞組電流等各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)翼帆板位置信息每周期自動(dòng)標(biāo)定及太陽(yáng)翼帆板停止在機(jī)械零位的功能能夠提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度，有效避免步進(jìn)電機(jī)失步等對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)精度的影響。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制軟件結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中尋找機(jī)械零位的流程框圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中利用標(biāo)定的零位值使帆板停止在零位的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1-圖2所示，本發(fā)明是以反熔絲類FPGA芯片作為中央處理模塊，它是程序代碼運(yùn)行的硬件環(huán)境，也是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的承載體。中央處理模塊通過(guò)RS422串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議與星載計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，涉及遙控指令的接收及遙測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)送。中央處理模塊通過(guò)SPI串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器TMC429和驅(qū)動(dòng)器TMC262進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)控制器TMC429和驅(qū)動(dòng)器TMC262共同作用，通過(guò)全橋驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)按照遙控指令要求轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)控制器TMC429產(chǎn)生的步/方向(S/D)信號(hào)和安裝在太陽(yáng)翼帆板端的霍爾傳感器產(chǎn)生的霍爾信號(hào)反饋到中央處理模塊，共同參與衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制。

本發(fā)明實(shí)時(shí)接收并校驗(yàn)星載計(jì)算機(jī)發(fā)送的遙控指令，從遙控指令中提取出關(guān)于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度、加速度、轉(zhuǎn)矩、運(yùn)動(dòng)模式等信息，并根據(jù)遙控指令中的信息結(jié)合TMC429芯片的晶振頻率計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的脈沖頻率、脈沖頻率變化率及脈沖占空比等信息，進(jìn)而再根據(jù)脈沖頻率、脈沖頻率變化率及脈沖占空比等信息計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器需要配置的寄存器參數(shù)，并通過(guò)SPI串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制芯片TMC262、TMC429進(jìn)行配置，完成相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，單霍爾傳感器用于檢測(cè)太陽(yáng)翼帆板的擺動(dòng)位置，本發(fā)明利用霍爾傳感器的信息標(biāo)定太陽(yáng)翼帆板的機(jī)械零位，如圖3所示，標(biāo)定太陽(yáng)翼帆板機(jī)械零位步驟如下：

步驟一：轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)翼帆板，等待霍爾傳感器輸出高電平信號(hào)，設(shè)置變量STEP_CNT為0；

步驟二：反向轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)翼帆板，當(dāng)霍爾傳感器輸出由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，開始記錄S/D信號(hào)中的STEP脈沖個(gè)數(shù)，STEP信號(hào)每出現(xiàn)一個(gè)上升沿，變量STEP_CNT加1；

步驟三：繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)太陽(yáng)翼帆板，當(dāng)霍爾傳感器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，記錄變量STEP_CNT的值。

由以上步驟可知，霍爾傳感器輸出低電平的中心位置為輸出電平下降沿后繼續(xù)前行STEP_CNT/2的步數(shù)，即為霍爾傳感器機(jī)械安裝位置，同時(shí)為太陽(yáng)翼帆板的機(jī)械零位位置。當(dāng)霍爾傳感器輸出由高電平變?yōu)榈碗娖角姨?yáng)翼帆板位置顯示正向位置時(shí)，標(biāo)定太陽(yáng)翼帆板位置為(STEP_CNT*每步代表的角度/2)，即可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)翼帆板位置信息每周期自動(dòng)標(biāo)定的功能。

優(yōu)選地，本發(fā)明利用變量STEP_CNT的值和霍爾傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行太陽(yáng)翼帆板的歸零功能，如圖4所示，具體步驟如下：

步驟一：讀取變量STEP_CNT的值；

步驟二：根據(jù)遙控指令的減速度及速度要求，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)減速過(guò)程所需轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)STEP_DEC，若STEP_CNT/2小于STEP_DEC，則太陽(yáng)翼帆板無(wú)法準(zhǔn)確停止在機(jī)械零位；若STEP_CNT/2大于或等于STEP_DEC，即可繼續(xù)下面步驟三；

步驟三：檢測(cè)霍爾傳感器輸出信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)霍爾傳感器輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)(STEP_CNT/2-STEP_DEC)步后開始按照遙控指令要求的減速度減速直至停止，即為太陽(yáng)翼帆板的機(jī)械零位。

當(dāng)接收到一幀遙控指令數(shù)據(jù)，在10ms內(nèi)反饋一幀遙測(cè)數(shù)據(jù)，一幀遙測(cè)數(shù)據(jù)共8個(gè)字節(jié)，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)幀幀頭、遙控指令辨識(shí)碼、太陽(yáng)翼帆板角度信息、HALL傳感器信息辨識(shí)位、太陽(yáng)翼帆板歸零到位信息及接收錯(cuò)誤遙控指令辨識(shí)位。

根據(jù)遙控指令、太陽(yáng)翼帆板角度信息和HALL傳感器信息辨識(shí)位計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算可得出的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括步進(jìn)電機(jī)加速度、減速度、勻速運(yùn)動(dòng)速度、電機(jī)繞組電流、步進(jìn)電機(jī)步距細(xì)分倍數(shù)。

將步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)配置步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器是通過(guò)SPI串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行。

本發(fā)明與星載計(jì)算機(jī)之間的通信是通過(guò)RS422串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行。

本發(fā)明提供一種衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板驅(qū)動(dòng)控制的新方法，拓展了衛(wèi)星太陽(yáng)翼帆板的驅(qū)動(dòng)控制手段，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片TMC262和步進(jìn)電機(jī)控制芯片TMC429的方案控制驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)翼帆板的擺動(dòng)，該方案具有開發(fā)周期短、能夠容易實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)加速度、速度、繞組電流等各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)翼帆板位置信息每周期自動(dòng)標(biāo)定及太陽(yáng)翼帆板停止在機(jī)械零位的功能能夠提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)精度，有效避免步進(jìn)電機(jī)失步等對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)精度的影響。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。