АППАРАТУРА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения космических аппаратов. Техническим результатом является повышение надежности и расширение функциональных возможностей.
Известна аппаратура регулирования и контроля (АРК) системы электроснабжения (СЭС) космического аппарата (КА), содержащая n регуляторов, каждый из которых содержит регулирующий силовой орган (силовой модуль - СМ), блок управления (контроллер) и датчик рассогласования, выходы всех СМ предназначены для подключения к шине нагрузки СЭС через блок фильтров, входы СМ предназначены для подключения к источникам питания (аккумуляторным и солнечным батареям), входы контроллеров через датчики рассогласования подключены к шине нагрузки, а выходы контроллеров к управляющим входам СМ, все датчики рассогласования связаны между собой линиями связи через сумматоры напряжений. (Патент №2152069, G05F 1/59, Тищенко А.К., Ганкевич П.Т., В.В.Савенков, Ливший Г.Д., 2000 г.)
К недостаткам АРК следует отнести недостаточные надежность и стабильность работы, а также сложность управления в связи с большим количеством линий связи между регуляторами и бортовой цифровой вычислительной машиной (БЦВМ), а также между датчиками рассогласований и сумматорами напряжений.
В качестве прототипа принята аппаратура регулирования и контроля (АРК) системы электроснабжения космического аппарата, включающая дублированный центральный блок управления (ЦБУ) и n дублированных (основной и резервный) регулятора, каждый из которых содержит регулирующий силовой орган (модуль СМ), контроллер, модуль последовательного интерфейса (МПИ) и датчик рассогласования, ЦБУ содержит контроллер центрального управления, модуль последовательного интерфейса, блок фильтров и шину нагрузки АРК, объединенные входы основного и резервного СМ каждого регулятора предназначены для подключения к источникам питания (аккумуляторным и солнечным батареям), входы контроллеров регуляторов через датчики рассогласования подключены к шине нагрузки, выходы всех СМ подключены к входу блока фильтров ЦБУ, шина нагрузки АРК предназначена для подключения нагрузки СЭС, выходы основного и резервного контроллера подключены к управляющим входам СМ, основного и резервного, соответственно, все контроллеры подключены к модулям последовательного интерфейса, соединенным между собой дублированными линиями связи. («Средства измерения параметров и управления режимами в аппаратуре регулирования и контроля электроснабжения космических аппаратов», Ф.С.Власов, В.А.Михайлов, А.К.Тищенко, В.Н.Поспелов, журнал «Технологии ЭМС», 2008 г., №4, стр.24-33, ISSN 1729-2670, УДК 621.317.7:621.372).
Резервирование элементов регуляторов и линий связи последовательного интерфейса повышает уровень отказоустойчивости АРК, однако общая надежность АРК остается недостаточной, т.к. при выходе из строя в каждом из резервированных регуляторов одного любого блока, регулятор в целом оказывается неработоспособен, несмотря на наличие в системе работоспособных ресурсов. Кроме того, использование в каждом регуляторе автономных датчиков рассогласования напряжений создает предпосылки для повышения пульсаций выходного напряжения из-за возникновения биений напряжений регуляторов, работающих в режиме ШИМ на близких частотах.
Задачей, предлагаемого технического решения является повышение надежности АРК путем использования при отказах работоспособных ресурсов системы, а также снижение пульсаций выходного напряжения и исключение автоколебаний и повышение стабильности работы АРК.
Поставленная задача решается тем, что в аппаратуре регулирования и контроля (АРК) системы электроснабжения космического аппарата, включающей центральный блок управления (ЦБУ) и преобразователи энергии, каждый из которых содержит основной и резервный регуляторы, содержащие каждый силовой модуль (СМ), контроллер, модуль последовательного интерфейса (МПИ) и датчик рассогласования, ЦБУ содержит контроллер центрального управления, МПИ, блок фильтров и шину нагрузки АРК, объединенные входы СМ основного и резервного регулятора каждого преобразователя энергии предназначены для подключения к источнику питания, например, аккумуляторным и солнечным батареям, при этом в каждом преобразователе выходы всех СМ подключены к блоку фильтров ЦБУ, входы контроллеров основного и резервного регуляторов через датчики рассогласования подключены к шине нагрузки ЦБУ, предназначенной для подключения нагрузок СЭС, контроллеры основного и резервного регулятора подключены к основному и резервному МПИ соответственно, соединенным между собой дублированными линиями, каждый преобразователь энергии дополнен четырьмя управляемыми регистрами и блоком контроля, объединенные входы первого и второго регистра подключены к выходу контроллера основного регулятора, а третьего и четвертого регистра к выходу контроллера резервного регулятора, объединенные выходы первого и третьего регистра подключены к выходу СМ основного регулятора, второго и четвертого регистра к выходу СМ резервного регулятора, входы блока контроля связаны с выходными портами контроллеров основного и резервного регуляторов, генерирующих непрерывные прямоугольные импульсы, а выходы блока контроля подключены ко входам всех четырех регистров.
Предусмотрено, что центральный блок управления дополнен датчиком рассогласования напряжения, подключенного входом к шине нагрузок, а выходом к контроллеру центрального управления, при этом все контроллеры основных и резервных регуляторов каждого преобразователя энергии в каждый момент времени через МПИ соединены только с одним датчиком рассогласования.
На фигуре представлена структурная схема аппаратуры регулирования и контроля (АРК) системы электроснабжения космического аппарата, включающая следующие элементы:
1 - центральный блок управления (ЦБУ); 2 - преобразователь энергии (ПЭ); 3 - регулятор основной (РО); 4 - регулятор резервный (РР); 5 - силовой модуль (СМ), 6 - контроллер (К); 7 - модуль последовательного интерфейса (МПИ); 8 - датчик рассогласования (ДР); 9 - контроллер центрального управления (КЦУ); 10 - блок фильтров (БФ); 11 - шина нагрузок (ШН); 12 - управляемый регистр (УР1-УР4); 13 - блок контроля (БК); 14 - источник питания (ИП); 15 - нагрузка СЭС (Нсэс).
АРК работает следующим образом:
В каждом регуляторе 3 РО, 4 РР контроллер 6 К по сигналу датчика рассогласования 8 ДР через управляемые регистры 12 УР выдает ШИМ-сигналы управления на силовые модули 5 CM регуляторов, преобразуя исходные напряжения источников питания в требуемые сигналы на шине АРК.
Выходные потоки энергии отдельных преобразователей энергии 2 ПЭ суммируются 1 ЦБУ, фильтруются с помощью 10 БФ и через шину нагрузки 11 ШН передаются на нагрузку 15 СЭС.
При отсутствии отказов в системе, определяемых блоком контроля основной контроллер 6 К через 12 УР1 управляет основным 5 CM, а резервный контроллер 6 К через 12 УР4 - резервным 5 СМ, а оба силовых модуля СМ, основной и резервный, работают в горячем резерве.
При возникновении одного отказа в любом из контроллеров 6 К, например, основном, блок контроля 13 БК снимает управляющий сигнал с УР1 и выдает управляющий сигнал на УР3, переключая управление обоих СМ на резервный контроллер 6 К.
Таким образом, при одном отказе любого контроллера оба силовых модуля 5 CM продолжают работу в горячем резерве без внешних проявлений отказа. При двух отказах (одного в 5 CM и одного в контроллере 6 К) любой контроллер может управлять любым 5 СМ, а система остается работоспособной при двух отказах в АРК, а не при одном, как в прототипе. Исключение составляют два отказа однотипных блоков, например, два контроллера 6 К или два силовых модуля 5 CM, что согласно вероятностным расчетам втрое менее вероятно, чем отказ одного 5 CM и одного контроллера 6 К.
Следовательно, предлагаемое решение позволяет втрое повысить безотказность АРК, практически не увеличивая его массу и ресурсы.
Использование для всех регуляторов единовременно только одного датчика рассогласования позволяет исключить биение выходных напряжений отдельных преобразователей энергии, а следовательно повысить стабильность их работы и снизить пульсации выходного напряжения.