基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统及其PID控制方法

摘要

基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统及其PID控制方法，属于卫星姿轨控制领域。为了解决目前的航天器姿轨控制系统硬件电路复杂、体积大及成本高的问题。本发明的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，并配以AD模块、陀螺模块、无线模块和底板模块，完成卫星姿轨控制；所述底板模块包括多个通信接口、控制电源、状态输入接口、OC驱动接口、调试接口和复位电路；本发明的PID控制方法分别通过核心处理器和上位机对接收的数据判断、解算和打包，并形成闭环。本发明用于卫星姿轨控制。

主权项

基于SmartFusion2的卫星姿轨控制系统的PID控制方法，所述卫星姿轨控制系统包括核心处理器、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；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。