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科普载荷地面试验电控系统设计

颜新华  
【摘要】:近年来,随着航天技术的不断进步,我国对外太空的探索变得更加频繁,尤其是在探月工程上,到目前为止我国已领先世界各国,比如嫦娥四号的圆满成功,使我国成为了人类首次在月球背面软着陆的国家。按照“绕、落、回”三步走的发展战略,嫦娥四号完成了探月工程的第二步,接下来即将实施第三步采样返回。本文以嫦娥四号搭载的科普载荷控制电路为研究对象,对科普载荷地面试验电控系统进行设计,其主要目的是利用监测电路、上位机管理软件、故障诊断技术、可靠性技术等来寻找科普载荷控制电路的设计缺陷,以提高其稳定性和可靠性,最终为科普载荷控制电路提供一套更加完善的设计方案。本文所做工作概括如下:(1)通过对科普载荷的分析,指出了提高科普载荷控制电路稳定性和可靠性的重要意义。针对该问题,本文设计了科普载荷地面试验电控系统,并给出了本文的主要研究内容和总体设计方案,同时对本文亟待解决的关键问题、用到的相关技术和系统技术指标进行了阐述。(2)完成了本系统的硬件设计方案,包括科普载荷控制电路和监测电路两部分。重点分析了科普载荷控制电路的传感器数据采集、温湿度控制,监测电路的数据采集、数据传输等。在满足基本功能的情况下,从多方面入手,对科普载荷控制电路进行可靠性设计,保障该电路在低重力、高温差、强辐射的情况下能够稳定可靠的工作。(3)给出了本系统的软件设计方案,包括科普载荷控制电路、监测电路和上位机管理软件等的程序设计,给出了其中重要部分的程序流程图,并进行了详细的分析。最后,在数据处理部分,针对虚焊或者干扰引起的间歇故障、温度引起的传感器漂移故障、偏置电流或者偏置电压失准引起的偏置故障等潜在的故障问题,通过小波分析对测试点信号进行特征提取,基于支持向量机的分类算法,实现了该系统的故障诊断。(4)基于上述的科普载荷控制电路、监测电路和上位机管理软件等设计搭建了系统平台,并对系统的重要组成电路和可靠性设计进行了相关测试。其测试结果表明本系统软硬件设计合理,能够达到预期效果。


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