航天器電子系統(tǒng)輔助研發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2020-12-02 06:39
航天器電子系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中需要多種模擬器模擬電子系統(tǒng)中的功能模塊,以便完成方案驗(yàn)證與測(cè)試工作。傳統(tǒng)的模擬器針對(duì)單一功能模塊設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)多種模塊的模擬需要設(shè)計(jì)多個(gè)模擬器,導(dǎo)致資源重復(fù)利用率低且增加了研發(fā)周期和成本。針對(duì)以上問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了航天器電子系統(tǒng)輔助研發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有軟硬件功能可擴(kuò)展可裁剪、系統(tǒng)工作流程可配置、通信協(xié)議可配置等特性,能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能模塊的模擬。本文在詳細(xì)分析輔助研發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)要求和功能需求的基礎(chǔ)上,提出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案并完成軟硬件開(kāi)發(fā)工作。系統(tǒng)硬件功能單元采用模塊化設(shè)計(jì),每種功能單元設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的模塊,通過(guò)PCI總線或RS232/RS485總線連接到控制器。各種功能模塊可以自由組合形成不同功能和接口的模擬器。系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)管理和調(diào)度各個(gè)功能模塊,在硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為服務(wù)層和硬件模塊控制層。硬件模塊控制層也采用模塊化設(shè)計(jì),每種硬件模塊的控制軟件封裝成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。模塊控制軟件在各模塊的控制方式上抽象出了統(tǒng)一的控制接口,這種抽象的接口可以忽略模塊間的差異性,遵循這種接口原則的模塊都能接入到輔助研發(fā)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能模塊可擴(kuò)展性。在服務(wù)層實(shí)現(xiàn)了系...
【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
壓控恒流源的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)形式
V/I轉(zhuǎn)換ADC采樣電路控制器DAC控制算法通信電路負(fù)載圖 3-1 恒流源電路原理框圖控制器選擇 STM32F103C8T6，該處理器具有串口、SPI 通信接口以及 I2C 接口等多種片上資源，滿足對(duì)外設(shè)的控制要求�？刂扑惴ㄖ饕歉鶕�(jù)電流誤差計(jì)算控制信號(hào)，計(jì)算量不大，STM32F103C8T6 性能滿足要求，因此該處理器可以滿足設(shè)計(jì)要求。V/I 轉(zhuǎn)換電路將輸入電壓線性的轉(zhuǎn)換成輸出電流，是實(shí)現(xiàn)恒流輸出的關(guān)鍵部分。通過(guò)采樣電路采集實(shí)際輸出電流并通過(guò) ADC 電路反饋至控制器�？刂破鬟\(yùn)用控制算法根據(jù)當(dāng)前實(shí)際電流值和設(shè)定電流值計(jì)算控制電壓，然后控制 DAC 電路輸出這一電壓，調(diào)整電流值至設(shè)定值。從這一工作流程中可以看出，控制算法的優(yōu)劣是輸出電流穩(wěn)定性的關(guān)鍵。恒流源通過(guò)通信接口與上位機(jī)通信來(lái)獲取電流設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)輸出值程控調(diào)節(jié)。恒流源模塊 PCB 圖與實(shí)物如圖 3-3 所示。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3.2.2 V/I 轉(zhuǎn)換電路V/I 轉(zhuǎn)換電路是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成與之成比例的輸出電流的電路，是恒流源電路的核心。V/I 電路的輸出電流值取決于輸入電壓而與負(fù)載無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出的目的。V/I 轉(zhuǎn)換電路如圖 3-3 所示，圖中 P4 為恒流源輸出端口，該電路中流過(guò)調(diào)整管 Q1 的電流大小即為恒流源輸出電流，即 Iout= ICE。Q1 為一個(gè) NPN型大功率三極管，工作在線性放大區(qū)，所以 ICE= β·IBE，其中 β 為 Q1 的放大倍數(shù)。從以上分析中可以看出輸出電流由運(yùn)放 AR2 的輸出電壓控制。R11 為輸出電流采樣電阻，R11 兩端的電壓 VR11反映了電路中電流的大小。AR1、AR3 和 AR4 構(gòu)成三運(yùn)放差分放大電路，把 R11 兩端的差分電壓按比例轉(zhuǎn)換成單端電壓。將這一電壓值反饋到運(yùn)放 AR2 的反相輸入端，與同相輸入端電壓比較來(lái)調(diào)整輸出電壓，進(jìn)而調(diào)整輸出電流，使輸出電流穩(wěn)定在設(shè)定值。本次設(shè)計(jì)的恒流源要求帶載能力可擴(kuò)展至 300Ω，所以負(fù)載上的最大壓降為 60V，恒流源供電電壓不能低于這一電壓�？紤]到三極管 Q1 上有一定的管壓降，最終確定恒流源供電電壓為 65V。
本文編號(hào)：2895124
【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
壓控恒流源的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)形式
V/I轉(zhuǎn)換ADC采樣電路控制器DAC控制算法通信電路負(fù)載圖 3-1 恒流源電路原理框圖控制器選擇 STM32F103C8T6，該處理器具有串口、SPI 通信接口以及 I2C 接口等多種片上資源，滿足對(duì)外設(shè)的控制要求�？刂扑惴ㄖ饕歉鶕�(jù)電流誤差計(jì)算控制信號(hào)，計(jì)算量不大，STM32F103C8T6 性能滿足要求，因此該處理器可以滿足設(shè)計(jì)要求。V/I 轉(zhuǎn)換電路將輸入電壓線性的轉(zhuǎn)換成輸出電流，是實(shí)現(xiàn)恒流輸出的關(guān)鍵部分。通過(guò)采樣電路采集實(shí)際輸出電流并通過(guò) ADC 電路反饋至控制器�？刂破鬟\(yùn)用控制算法根據(jù)當(dāng)前實(shí)際電流值和設(shè)定電流值計(jì)算控制電壓，然后控制 DAC 電路輸出這一電壓，調(diào)整電流值至設(shè)定值。從這一工作流程中可以看出，控制算法的優(yōu)劣是輸出電流穩(wěn)定性的關(guān)鍵。恒流源通過(guò)通信接口與上位機(jī)通信來(lái)獲取電流設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)輸出值程控調(diào)節(jié)。恒流源模塊 PCB 圖與實(shí)物如圖 3-3 所示。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3.2.2 V/I 轉(zhuǎn)換電路V/I 轉(zhuǎn)換電路是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成與之成比例的輸出電流的電路，是恒流源電路的核心。V/I 電路的輸出電流值取決于輸入電壓而與負(fù)載無(wú)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出的目的。V/I 轉(zhuǎn)換電路如圖 3-3 所示，圖中 P4 為恒流源輸出端口，該電路中流過(guò)調(diào)整管 Q1 的電流大小即為恒流源輸出電流，即 Iout= ICE。Q1 為一個(gè) NPN型大功率三極管，工作在線性放大區(qū)，所以 ICE= β·IBE，其中 β 為 Q1 的放大倍數(shù)。從以上分析中可以看出輸出電流由運(yùn)放 AR2 的輸出電壓控制。R11 為輸出電流采樣電阻，R11 兩端的電壓 VR11反映了電路中電流的大小。AR1、AR3 和 AR4 構(gòu)成三運(yùn)放差分放大電路，把 R11 兩端的差分電壓按比例轉(zhuǎn)換成單端電壓。將這一電壓值反饋到運(yùn)放 AR2 的反相輸入端，與同相輸入端電壓比較來(lái)調(diào)整輸出電壓，進(jìn)而調(diào)整輸出電流，使輸出電流穩(wěn)定在設(shè)定值。本次設(shè)計(jì)的恒流源要求帶載能力可擴(kuò)展至 300Ω，所以負(fù)載上的最大壓降為 60V，恒流源供電電壓不能低于這一電壓�？紤]到三極管 Q1 上有一定的管壓降，最終確定恒流源供電電壓為 65V。
本文編號(hào)：2895124
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