一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法与流程

1.本发明属于航天领域，涉及一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法。


背景技术：

2.对于复杂航天器，两个平台之间设计有接触锁紧与非接触悬浮两种工况时，需要用到消隙锁紧机构控制两个平台的间距。接触锁紧与非接触悬浮两种工作模式对应的位置处安装有霍尔传感器，可用于对消隙锁紧机构的定位。
3.消隙锁紧机构在切换两种工作模式时，驱动线路需要控制机构运行到精确位置。消隙锁紧机构精确运行到非接触悬浮工作模式处，才能保证两个平台之间留有合适的间隙。消隙锁紧机构精确运行到接触锁紧工作位置处，才能保证两个平台之间以适当的力矩压紧，而不至于无法解锁。因此，如何设计消隙锁紧机构驱动控制策略是需要考虑的重点。同时，还需要兼顾考虑复位或初始化后机构丢失位置信息后的处理策略。
4.此外，由于霍尔传感器信号边沿处会有信号“抖动”现象，造成定位校准不准确。同时，在机构运行到接触工作位置时，由于行程受阻，电机会有明显的丢步。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法。
6.本发明解决技术的方案是：一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，消隙锁紧机构两部分在接触工作位置处安装有第一霍尔传感器、在非接触工作位置处安装有第二霍尔传感器。本发明方法包括第一闭环模式：消隙锁紧机构运行至锁紧工作位置的步骤：
7.s1、定义第一霍尔传感器输出的信号为第一限位信号，地面通过固定地址参数注入的方式对消隙锁紧机构驱动线路进行参数设置，所述参数包括转速脉冲频率、电流分档、驱动方向、第一预定步数值、第一标尺步数值；设置标尺步数值初值，第一限位信号有效的控制周期计数器hallcnt5初值为0，标尺步数校准标志hall_triggered初值为0；
8.在消隙锁紧机构的每个控制周期中，执行：
9.s2、加电线路发出消隙锁紧机构中电机的驱动电流，使消隙锁紧机构按照地面注入的转速脉冲频率、电流分档、驱动方向运行，标尺步数值每个控制周期递减，如果标尺步数值≤预设下限，认为任务失败，结束运行；否则，进入s3；
10.s3、判断第一限位信号是否有效，若有效，进入s4，否则，hallcnt5置0，本控制周期任务结束，；
11.s4、判断hall_triggered是否为1，若hall_triggered不为1，hallcnt5的值加1，进入s5；若hall_triggered为1，第一预定步数值递减，进入s6；
12.s5、判断hallcnt5的值是否大于等于第一预设计数值，若是，进行标尺步数定位校
准：将标尺步数值赋值为第一标尺步数值；同时hall_triggered置1，并将电流档置为最低档，以注入的转速脉冲频率、驱动方向、最低档电流控制消隙锁紧机构运行，第一预定步数值递减，进入s6；否则，不进行标尺步数定位校准，直接对第一预定步数值递减，进入s6；
13.s6、判断第一预定步数值是否小于等于0，若是，消隙锁紧机构到达锁紧工作位置，控制电机停止运行，停止消隙锁紧机构的转速脉冲输出，任务执行结束；否则，本控制周期任务结束。
14.进一步的，所述第一闭环模式用于由上极限位置或悬浮工作位置运行至锁紧工作位置，以及由任意位置运行至锁紧工作位置；此外，还用于初始化或复位后的“寻零”定位功能；所述上极限位置为消隙锁紧机构的上电初始位置。
15.进一步的，所述第一闭环模式中第一限位信号有效时，表示消隙锁紧机构到达接触工作位置。
16.进一步的，所述第一限位信号为电平信号，高电平有效，低电平无效，第一限位信号从接触工作位置到锁紧工作位置持续有效。
17.进一步的，所述转速脉冲频率决定电机速度、电流分档决定电机转动力矩，
18.含3种档位：1档电流为最小力矩，2档电流、3档电流对应力矩逐渐增大；驱5动方向决定电机转动方向；第一预定步数值为消隙锁紧机构到达第一限位信号
19.后继续运行的步数；第一标尺步数值为第一限位信号有效时，消隙锁紧机构到达接触工作位置时的标尺值，以克服运行过程中电机的丢步。
20.进一步的，本发明方法包括第二闭环模式：消隙锁紧机构运行至悬浮工作
21.位置的步骤：
22.0t1、定义第二霍尔传感器输出的信号为第二限位信号，地面通过固定地址
23.参数注入的方式对消隙锁紧机构驱动线路进行参数设置，包括转速脉冲频率、电流分档、驱动方向、第二预定步数值、第二标尺步数值；设置标尺步数值的初值，第一限位信号无效的控制周期计数器nohallcnt5初值为0，消隙锁紧机
24.构的开始位置为锁紧工作位置，标尺步数校准标志hall_triggered初值为1；5在消隙锁紧机构的每个控制周期中，执行：
25.t2、加电线路发出消隙锁紧机构中电机的驱动电流，消隙锁紧机构按照地面注入的转速脉冲频率、电流档、驱动方向运行，标尺步数值每个控制周期递增，如果标尺步数值≥预设上限，认为任务失败，结束运行；否则进入t3；
26.t3、判断第二限位信号是否有效，若第二限位信号无效，进入t4；否则，0第二限位信号有效，第二预定步数值每周期递减，判断第二预定步数值是否小
27.于等于0，若是，消隙锁紧机构到达悬浮工作位置，控制电机停止运行，停止消隙锁紧机构的转速脉冲输出，任务执行结束；否则，本控制周期任务结束；
28.t4、判断第一限位信号是否有效，若第一限位信号无效，执行t5，若第一
29.限位信号有效，nohallcnt5清零，本控制周期任务结束；
30.5t5、判断hall_triggered是否为1，若hall_triggered为1，nohallcnt5的值加1，进入t6；若hall_triggered为0，本控制周期任务结束；
31.t6、判断nohallcnt5的值是否大于等于第二预设计数值，若是，进行标尺步数定位校准：将标尺步数值赋值为第二标尺步数值；同时hall_triggered置0；否则，本控制周期任
务结束。
32.进一步的，t1所述第二预定步数值为消隙锁紧机构到达第二限位信号后继续运行的步数；第二标尺步数值为消隙锁紧机构从锁紧工作位置回退的过程中，第一限位信号无效时的标尺值。
33.进一步的，所述第二闭环模式中第二限位信号有效时，表示消隙锁紧机构运行到非接触工作位置。
34.进一步的，t1所述第二限位信号为电平信号，高电平有效，低电平无效，第二限位信号从非接触工作位置到悬浮工作位置持续有效。
35.进一步的，所述hall_triggered的初值继承第一闭环模式时的值1，在nohallcnt5的值累加到5后才进行标尺步数定位校准，并将hall_triggered清零0。
36.本发明与现有技术相比的有益效果是：
37.(1)本发明提出的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，包含两个闭环控制模式，可用于5种工况，其中四种工况为各工作位置间的切换，另一种工况为计算机复位丢失步数后的“寻零”定位，可覆盖常用的各种工况，切换方便灵活。
38.(2)本发明采用连续采集5个控制周期判断第一限位信号均为有效或者无效的方式，消除了限位信号边沿“抖动”现象造成的定位精度不准的问题及反复定位的问题。
39.(3)本发明采用第一标尺步数值、第二标尺步数值进行标尺步数定位校准，克服了消隙锁紧机构在运行到接触工作位置时，由于行程受阻，电机丢步造成的影响。
附图说明
40.图1为本发明实施例第一闭环模式的两个运行阶段；
41.图2为本发明实施例第一闭环模式每周期任务流程图；
42.图3为本发明实施例第二闭环模式的两个运行阶段；
43.图4为本发明实施例第二闭环模式每周期任务流程图。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明作进一步阐述。
45.本发明实施例中，消隙锁紧机构在接触工作位置处安装有第一霍尔传感器、在非接触工作位置处安装有第二霍尔传感器。第一霍尔传感器输出的信号为第一限位信号，为长脉冲信号，消隙锁紧机构从接触工作位置到锁紧工作位置持续有效。第二霍尔传感器输出的信号为第二限位信号，为长脉冲信号，消隙锁紧机构从非接触工作位置到悬浮工作位置持续有效。
46.如图1所示，第一闭环模式为消隙锁紧机构运行至锁紧工作位置，包含2个运行阶段：
47.1)第1阶段：包含三种初始位置，第一种为从上极限位置到第一限位信号有效，第二种为从悬浮工作位置到第一限位信号有效，第三种为从任意位置到第一限位信号有效。该阶段以地面注入的转速脉冲频率、电流档、驱动方向控制消隙机构运行，直到第一限位信号有效。
48.2)第2阶段：从第一限位信号有效后开始。若第一次连续采集5个控制周期均为有
效后(hallcnt5＝5)，则进行标尺步数定位校准，即设置标尺步数值＝第一标尺步数值。同时，以注入的转速脉冲频率、驱动方向、1档电流控制消隙机构运行；继续运行“第一标尺步数值”步后，结束第一闭环模式的运行。
49.具体的步骤如图2所示，包括：
50.s1、地面通过固定地址参数注入的方式对消隙锁紧机构驱动线路进行参数设置，包括转速脉冲频率、电流分档、驱动方向、第一预定步数值为2000、第一标尺步数值为100；设置标尺步数值初值为392000，第一限位信号有效的控制周期计数器hallcnt5初值为0，标尺步数校准标志hall_triggered初值为0；
51.在消隙锁紧机构的每个控制周期中，执行：
52.s2、加电线路发出消隙锁紧机构中电机的驱动电流，使消隙锁紧机构按照地面注入的转速脉冲频率、电流分档、驱动方向运行，标尺步数值每个控制周期递减，如果标尺步数值≤-100000，认为任务失败，结束运行；否则，进入s3；
53.s3、判断第一限位信号是否有效，若有效，进入s4，否则，hallcnt5置0，本控制周期任务结束；s4、判断hall_triggered是否为1，若hall_triggered不为1，hallcnt5的值加1，进入s5；若hall_triggered为1，第一预定步数值递减，进入s6；；
54.s5、判断hallcnt5的值是否大于等于5，若是，进行标尺步数定位校准：将标尺步数值赋值为第一标尺步数值；同时hall_triggered置1，并将电流档置为1档，以注入的转速脉冲频率、驱动方向、1档电流控制消隙锁紧机构运行，第一预定步数值递减，进入s6；否则，不进行标尺步数定位校准，直接对第一预定步数值递减，进入s6；
55.s6、判断第一预定步数值是否小于等于0，若是，消隙锁紧机构到达锁紧工作位置，控制电机停止运行，停止消隙锁紧机构的转速脉冲输出，任务执行结束；否则，本周期任务结束。
56.所述转速脉冲频率决定电机速度、电流分档决定电机转动力矩，含3种档位：1档电流为最小力矩，2档电流、3档电流对应力矩逐渐增大；驱动方向决定电机转动方向；第一预定步数值为消隙锁紧机构到达第一限位信号后继续运行的步数；第一标尺步数值为在消隙锁紧机构在第一阶段结束时，到达接触工作位置时的标尺值。
57.步骤s5判断hallcnt5的值是否大于等于5：采用连续采集5个控制周期判断第一限位信号均为有效的方式，目的是确认第一限位信号真实有效，消除限位信号边沿“抖动”现象造成的定位精度不准的问题及反复定位的问题。
58.步骤s5中的hall_triggered在hallcnt5的值累加到5后赋值为1，目的是保证标尺步数定位校准在第一闭环模式下只进行一次，即只在第一次连续采集5个控制周期第一限位信号均有效时执行。
59.如图3所示，第二闭环模式用于由锁紧工作位置运行至悬浮工作位置，包含2个运行阶段：
60.1)第1阶段：从锁紧工作位置到第二限位信号有效。以注入的转速脉冲频率、驱动方向、电流档控制消隙机构运行；途中，第一次连续采集5个控制周期第一限位信号均为无效后(nohallcnt5＝5)，进行标尺步数定位校准，即设置标尺步数值＝第二标尺步数值。
61.2)第2阶段：从第二限位信号有效后，继续运行“第二预定步数值”步后，结束第二闭环模式的运行。
62.具体的步骤如图4所示，包括：
63.t1、地面通过固定地址参数注入的方式对消隙锁紧机构驱动线路进行参数设置，包括转速脉冲频率、电流分档、驱动方向、第二预定步数值为2000、第二标尺步数值为240000；设置标尺步数值的初值为-2000，第一限位信号无效的控制周期计数器nohallcnt5初值为0，消隙锁紧机构的起始位置为锁紧工作位置，标尺步数校准标志hall_triggered初值为1；
64.在消隙锁紧机构的每个控制周期中，执行：
65.t2、加电线路发出消隙锁紧机构中电机的驱动电流，使消隙锁紧机构按照地面注入的转速脉冲频率、电流档、驱动方向运行，标尺步数值每个控制周期递增，如果标尺步数值≥290000，认为任务失败，结束运行；否则进入t3；
66.t3、判断第二限位信号是否有效，若第二限位信号无效，进入t4；否则，第二限位信号有效，第二预定步数值每周期递减，判断第二预定步数值是否小于等于0，若是，消隙锁紧机构到达悬浮工作位置，控制电机停止运行，停止消隙锁紧机构的转速脉冲输出，任务执行结束；否则，本控制周期任务结束；
67.t4、判断第一限位信号是否有效，若第一限位信号无效，执行t5，否则，nohallcnt5清零，本周期任务结束；
68.t5、判断hall_triggered是否为1，若hall_triggered为1，nohallcnt5的值加1，进入t6；若hall_triggered为0，本周期任务结束；
69.t6、判断nohallcnt5的值是否大于等于5，若是，进行标尺步数定位校准：将标尺步数值赋值为第二标尺步数值；同时hall_triggered置0；否则，本周期任务结束。
70.所述第二预定步数值为消隙锁紧机构到达第二限位信号后继续运行的步数；第二标尺步数值为消隙锁紧机构从锁紧工作位置回退的过程中，到达接触工作位置时的标尺值，第二限位信号有效时，表示消隙锁紧机构运行到非接触工作位置。
71.hall_triggered的初值继承第一闭环模式时的值1，在nohallcnt5的值累加到5后才进行标尺步数定位校准，并将hall_triggered清零0；目的是保证标尺步数定位校准在第二闭环模式下只进行一次，即只在第一次连续采集5个控制周期第一限位信号均无效时执行。
72.t6中判断nohallcnt5的值是否大于等于5：采用连续采集5个控制周期判断第一限位信号均为无效的方式，目的是确认第一限位信号变为无效，消除限位信号边沿“抖动”现象造成的定位精度不准的问题及反复定位的问题。
73.施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，消隙锁紧机构两部分在接触工作位置处安装有第一霍尔传感器、在非接触工作位置处安装有第二霍尔传感器；其特征在于，包括第一闭环模式：消隙锁紧机构运行至锁紧工作位置的步骤：s1、定义第一霍尔传感器输出的信号为第一限位信号，地面通过固定地址参数注入的方式对消隙锁紧机构驱动线路进行参数设置，所述参数包括转速脉冲频率、电流分档、驱动方向、第一预定步数值、第一标尺步数值；设置标尺步数值初值，第一限位信号有效的控制周期计数器hallcnt5初值为0，标尺步数校准标志hall_triggered初值为0；在消隙锁紧机构的每个控制周期中，执行：s2、加电线路发出消隙锁紧机构中电机的驱动电流，使消隙锁紧机构按照地面注入的转速脉冲频率、电流分档、驱动方向运行，标尺步数值每个控制周期递减，如果标尺步数值≤预设下限，认为任务失败，结束运行；否则，进入s3；s3、判断第一限位信号是否有效，若有效，进入s4，否则，hallcnt5置0，本控制周期任务结束，；s4、判断hall_triggered是否为1，若hall_triggered不为1，hallcnt5的值加1，进入s5；若hall_triggered为1，第一预定步数值递减，进入s6；s5、判断hallcnt5的值是否大于等于第一预设计数值，若是，进行标尺步数定位校准：将标尺步数值赋值为第一标尺步数值；同时hall_triggered置1，并将电流档置为最低档，以注入的转速脉冲频率、驱动方向、最低档电流控制消隙锁紧机构运行，第一预定步数值递减，进入s6；否则，不进行标尺步数定位校准，直接对第一预定步数值递减，进入s6；s6、判断第一预定步数值是否小于等于0，若是，消隙锁紧机构到达锁紧工作位置，控制电机停止运行，停止消隙锁紧机构的转速脉冲输出，任务执行结束；否则，本控制周期任务结束。2.根据权利要求1所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，所述第一闭环模式用于由上极限位置或悬浮工作位置运行至锁紧工作位置，以及由任意位置运行至锁紧工作位置；此外，还用于初始化或复位后的“寻零”定位功能；所述上极限位置为消隙锁紧机构的上电初始位置。3.根据权利要求2所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，所述第一闭环模式中第一限位信号有效时，表示消隙锁紧机构到达接触工作位置。4.根据权利要求3所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，所述第一限位信号为电平信号，高电平有效，低电平无效，第一限位信号从接触工作位置到锁紧工作位置持续有效。5.根据权利要求1所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，所述转速脉冲频率决定电机速度、电流分档决定电机转动力矩，含3种档位：1档电流为最小力矩，2档电流、3档电流对应力矩逐渐增大；驱动方向决定电机转动方向；第一预定步数值为消隙锁紧机构到达第一限位信号后继续运行的步数；第一标尺步数值为第一限位信号有效时，消隙锁紧机构到达接触工作位置时的标尺值，以克服运行过程中电机的丢步。6.根据权利要求1所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，
其特征在于，包括第二闭环模式：消隙锁紧机构运行至悬浮工作位置的步骤：t1、定义第二霍尔传感器输出的信号为第二限位信号，地面通过固定地址参数注入的方式对消隙锁紧机构驱动线路进行参数设置，包括转速脉冲频率、电流分档、驱动方向、第二预定步数值、第二标尺步数值；设置标尺步数值的初值，第一限位信号无效的控制周期计数器nohallcnt5初值为0，消隙锁紧机构的开始位置为锁紧工作位置，标尺步数校准标志hall_triggered初值为1；在消隙锁紧机构的每个控制周期中，执行：t2、加电线路发出消隙锁紧机构中电机的驱动电流，消隙锁紧机构按照地面注入的转速脉冲频率、电流档、驱动方向运行，标尺步数值每个控制周期递增，如果标尺步数值≥预设上限，认为任务失败，结束运行；否则进入t3；t3、判断第二限位信号是否有效，若第二限位信号无效，进入t4；否则，第二限位信号有效，第二预定步数值每周期递减，判断第二预定步数值是否小于等于0，若是，消隙锁紧机构到达悬浮工作位置，控制电机停止运行，停止消隙锁紧机构的转速脉冲输出，任务执行结束；否则，本控制周期任务结束；t4、判断第一限位信号是否有效，若第一限位信号无效，执行t5，若第一限位信号有效，nohallcnt5清零，本控制周期任务结束；t5、判断hall_triggered是否为1，若hall_triggered为1，nohallcnt5的值加1，进入t6；若hall_triggered为0，本控制周期任务结束；t6、判断nohallcnt5的值是否大于等于第二预设计数值，若是，进行标尺步数定位校准：将标尺步数值赋值为第二标尺步数值；同时hall_triggered置0；否则，本控制周期任务结束。7.根据权利要求6所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，t1所述第二预定步数值为消隙锁紧机构到达第二限位信号后继续运行的步数；第二标尺步数值为消隙锁紧机构从锁紧工作位置回退的过程中，第一限位信号无效时的标尺值。8.根据权利要求6所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，所述第二闭环模式中第二限位信号有效时，表示消隙锁紧机构运行到非接触工作位置。9.根据权利要求6所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，t1所述第二限位信号为电平信号，高电平有效，低电平无效，第二限位信号从非接触工作位置到悬浮工作位置持续有效。10.根据权利要求6所述的一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，其特征在于，所述hall_triggered的初值继承第一闭环模式时的值1，在nohallcnt5的值累加到5后才进行标尺步数定位校准，并将hall_triggered清零0。

技术总结
本发明提供一种空间航天器用消隙锁紧机构优化驱动控制及定位方法，包含两个闭环模式，第一闭环模式用于消隙锁紧机构运行至锁紧工作位置；第二闭环模式用于消隙锁紧机构从锁紧工作位置运行至悬浮工作位置。本发明可用于5种工况，其中四种工况为各工作位置间的切换，另一种工况为计算机复位丢失步数后的“寻零”定位。同时，本发明设计的两个闭环模式均包含精确的定位策略，实现了对消隙锁紧机构的优化驱动控制及定位，并在消隙锁紧机构运行到接触工作位置时，克服由于行程受阻，电机丢步造成的影响。的影响。


技术研发人员：李贵明 于国庆 陈琳娜 王勇 武登云 国锋 李志辉 刘瑞
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：2023.01.09
技术公布日：2023/5/4