РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Заявленное техническое решение относится к вычислительной технике, и может быть использовано в изделиях специального назначения, где требуется высокая отказоустойчивость, устойчивость к сбоям и низкое энергопотребление, особенно в системах управления электропитанием космических аппаратов.
Известна резервированная многоканальная вычислительная система (патент РФ №177070, БИПМ №4, опубл. 07.02.2018), которая содержит: три идентичных канала, связанные с системой управления режимом и питанием каналов. Каждый из указанных каналов включает схему начальной установки, системный генератор, процессор, элемент ИЛИ, импульсный генератор, временной анализатор исправности, устройство аварийного запуска, инвертор, коммутаторы, устройство памяти. Недостатком данной вычислительной системы является ее большая избыточность, возникающая из-за использования трех резервных каналов управления, что приводит к снижению надежности, ухудшению массогабаритных и энергетических показателей системы.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является самодиагностируемая бортовая вычислительная система (патент РФ №2657166, БИПМ №16, опубл. 08.06.2018), содержащая основную систему и аналогичную резервную систему, которые имеют два идентичных канала основной и резервный, содержащие схему подключения вторичного питания и устройство резервирования.
К недостаткам данной системы относится неоптимальный выбор способа резервирования применительно к решению задач, связанных с управлением и сбором телеметрической информации в системах электропитания космического аппарата (так как прототип включает в себя две системы, каждая из которых содержит основной и резервный канал обработки информации), что ведет к ухудшению энергетических и массогабаритных характеристик системы. Кроме того, такая система требует наличия дополнительного устройства для сопряжения с трехканальными исполнительными устройствами.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение устойчивости к сбоям, улучшение массогабаритных и энергетических характеристик контроллера. Результат достигается путем оптимального выбора схемы резервирования так, как каждый канал обработки информации, в отличие от прототипа, содержит только один процессор, при этом в каждый момент времени работает лишь один вычислительный канал. Непрерывность управления обеспечивается периодическим обменом данными между основным и резервным каналами обработки информации через модуль формирования сигналов управления резервом и фиксацией состояния выходов устройств управления резервом. Состояние выходов, используемых для управления резервированными системами, поддерживается стабильным на интервале переключения канала за счет модуля формирования сигналов управления резервом, работающего в горячем резерве.
Функционирование предлагаемой полезной модели поясняется структурной схемой, приведенной на фиг.
Резервированный контроллер для систем электропитания космического аппарата, содержащий два идентичных канала обработки информации - основной 1 и резервный 2, в каждом из которых имеется источник вторичного питания 3, выход которого соединен с первым входом схемы вторичного питания 4, выход системного генератора 5 подключен к первому входу процессора 6, второй вход которого соединен с выходом схемы начальной установки 7, в каждый канал введен контроллер периферии 8, первый вход которого соединен с выходом системного генератора 5, второй вход - с выходом схемы начальной установки 7, третий вход - с третьим входом процессора 6, четвертый вход - с двунаправленной шиной прием/передача внешних сигналов 9, пятый вход - с двунаправленной шиной функционального контроля 10, дополнительно включен модуль формирования сигналов управления резервом 11, содержащий три устройства управления резервом 12, 13, 14, входы которых подключены к двунаправленной шине функционального контроля 10, первые выходы - к двунаправленной шине управления питанием 15, соединенной со вторыми входами схемы вторичного питания 4 каждого канала, вторые выходы устройств управления резервом 12, 13, 14 и двунаправленная шина прием/передача внешних сигналов 9 являются выходами резервированного контроллера.
Устройство работает следующим образом.
После включения питания контроллера происходит включение источника вторичного питания 3 каналов 1 и 2, после чего питание подается на канал обработки информации 1 при помощи схемы вторичного питания 4. Системный генератор 5 обеспечивает подачу импульсов синхронизации на все элементы, входящие в канал обработки информации через входы 1 и 2 процессора 6 и контроллера периферии 8. Схема начальной установки 7 производит сброс и начальную установку процессора 6 и контроллера периферии 8. Процессор 6 начинает исполнение заложенной программы. Обмен данными процессора с внешними устройствами производится через контроллер периферии 8. Обмен данными с нерезервированными устройствами производится через шину приема/передачи внешних сигналов 9, формируемую контроллером периферии 8. Для контроля исправности канала и обмена данными с резервированными устройствами применяется модуль формирования сигналов управления резервом 11, включающий в себя три устройства управления резервом 12, 13, 14. Связь между контроллером периферии 8 и устройствами управления резервом 12, 13, 14 осуществляется при помощи двунаправленной шины функционального контроля 10. В процессе выполнения программы процессор 6 выполняет критические подпрограммы дважды. Результат каждого выполнения подпрограммы записывается в устройства управления резервом 12, 13, 14. При несовпадении результатов первого и второго выполнения подпрограммы модуль формирования сигналов управления резервом 11 выставляет на шине функционального контроля 10 сигнал о необходимости выполнить подпрограмму еще раз. При несовпадении результата третьего выполнения подпрограммы ни с первым, ни со вторым модуль формирования сигналов управления резервом 11 формирует на шине управления питанием 15 сигнал отключения канала обработки информации 1 и включения канала обработки информации 2. При этом включение резервного канала происходит за максимально короткое время, а резервный канал хранит все важные данные благодаря периодическому обмену между каналами.
Также через модуль формирования сигналов управления резервом 11 осуществляется взаимодействие с внешними резервированными устройствами.
При помощи шины управления питанием 15 модуль формирования сигналов управления резервом 11, осуществляет контроль нахождения питания каналов обработки информации в допустимых пределах. При выходе за эти пределы производится отключение активного канала обработки информации и включение другого канала.