航天器舱体温度场测量冗余设计试验验证系统研究

发布时间：2017-10-11 17:22

  本文关键词：航天器舱体温度场测量冗余设计试验验证系统研究

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【摘要】：小型航空器逐步向低功耗、小质量和小体积的方向发展,要求舱体设计结构简单可靠,但是整个系统中分布着大量的各类型传感器,需要在复杂的太空环境中长期的工作,为预防传感器可能发生的故障,保证测量设备的准确性和可靠性,并减小航天器中传感器的载荷比,设计合适的冗余备份方案是必需的。本文结合实际工程需求,针对小型航天器舱体温度场测量冗余设计问题,在试验验证方面对传感器的硬件冗余、软件冗余以及容错控制系统设计展开了深入研究。温度场测量部分设计基于STM32微控制器为核心的传感器阵列切换板卡,温度传感器K型热电偶对温度进行采集,利用ADG509模拟开关的差分多输入一输出通道,设计两级选通电路最多可对16点温度信号进行测量,可以解决多点温度和主控CPU的系统协调测试问题,模数转换工作由高集成的MAX31855芯片完成,通过内部集成CAN总线传输数据至上位机。冗余试验验证部分利用图形化编译软件Labview设计上位机界面,实现了数据采集、数据分析、数据存储、数据显示和回读等多种功能,其中利用了平台开发中常用的一些关键技术。冗余容错处理方法的研究,通过设计一组传感器的硬件布局,计算其各传感器的综合置信度,并结合基于贝叶斯的多传感器数据融合算法评估和验证系统功能,使硬件冗余和软件冗余方法有效结合。通过实测数据验证,结果表明,整套方案能够有效为航天器舱体提供可靠的温度场信号,合理有效的压缩备份传感器数量,同时实现对故障传感器的故障判别及参数估计。
【关键词】：小型航天器 温度测量 冗余容错 试验验证
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V423
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 冗余容错技术研究的概述与国内外发展历史13-14
• 1.2.1 冗余容错技术基本概述13
• 1.2.2 国内外发展历史13-14
• 1.3 论文的主要研究内容和章节安排14-17
• 1.3.1 主要研究内容14-15
• 1.3.2 论文主要章节安排15-17
• 第2章 硬件电路设计17-29
• 2.1 切换板卡总体硬件设计综述17-18
• 2.2 热电偶接口电路设计18-21
• 2.2.1 热电偶测温原理18-19
• 2.2.2 热电偶的冷端补偿介绍19
• 2.2.3 热电偶型号选择19-21
• 2.3 热电偶与多路复用器接口电路设计21-22
• 2.4 模数转换电路设计22-24
• 2.4.1 MAX31855芯片介绍22-23
• 2.4.2 A/D转换电路23-24
• 2.5 STM32F103单片机最小系统电路设计24-27
• 2.6 CAN现场总线技术及电路设计27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 温度场信息冗余容错处理方法29-41
• 3.1 温度场数据预处理29-33
• 3.1.1 概述29
• 3.1.2 单偶的温度变化29-30
• 3.1.3 数据中差异值的检测方法30-31
• 3.1.4 改进型格拉布斯准则31-32
• 3.1.5 粗大误差检验与校正实例32-33
• 3.2 航天器舱体温度场测量冗余设计33-34
• 3.2.1 概述33
• 3.2.2 传感器布局结构设计33-34
• 3.2.3 传感器综合置信度设计34
• 3.3 基于数据融合的航天器舱体温度场冗余估计34-40
• 3.3.1 概述34-35
• 3.3.2 基于相关函数的置信度计算方法35-37
• 3.3.3 贝叶斯公式描述37-38
• 3.3.4 基于BAYES参数估计的融合方法38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 系统软件设计41-56
• 4.1 系统总体流程设计41-42
• 4.2 微控制器编程设计的42-44
• 4.2.1 KEIL MDK集成开发环境简介42
• 4.2.2 模数转换读取子程序设计42-43
• 4.2.3 CAN总线数据传输子程序设计43-44
• 4.3 LABVIEW概述44-46
• 4.3.1 LABVIEW软件介绍44-45
• 4.3.2 LABVIEW语言的特点45
• 4.3.3 LABVIEW程序设计的基本方法45-46
• 4.4 LABVIEW界面编程设计46-55
• 4.4.1 界面总体结构设计46-47
• 4.4.2 界面的详细设计47-49
• 4.4.3 登录界面子程序设计49
• 4.4.4 参数设置子程序设计49
• 4.4.5 采样读数子程序设计49-51
• 4.4.6 数据存储子程序设计51-52
• 4.4.7 数据回读子程序设计52-53
• 4.4.8 冗余算法子程序设计53-54
• 4.4.9 打印报表子程序设计54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 系统调试结果和验证56-62
• 5.1 切换板卡的软硬件联调56
• 5.2 系统功能验证56-61
• 5.2.1 登录界面57
• 5.2.2 多路温度采集界面57-59
• 5.2.3 数据存储界面59
• 5.2.4 冗余试验验证界面59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文66

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本文编号：1013783