基于DSP和CAN总线的热功率模拟系统

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1、第27卷第1期航天器环境工程2010年2月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING71基于DSP和CAN总线的热功率模拟系统李元明，马少君，魏广，贾旭鹏(兰州物理研究所真空低温技术与物理国家级重点实验室，兰州730000)摘要：热功率模拟系统用于测试整星热平衡试验时模拟星上各设备热量分布情况，以检测整星的热控系统性能。本系统采用数字信号处理(DSP)组成单元处理系统，采用控制器局部网(CAN)总线组成通信网络，通过计算机对每一路功率按照预先设定好的功率曲线进行调控、巡检、记录。关键词：

2、热功率模拟系统；热平衡试验；数字信号处理；脉冲宽度调制；控制器局部网总线中图分类号：TM924．1文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)01-0071-04DOI：10．39690．issn．1673—1379．2010．01．0141前言在航天器的研制过程中，需要做热控星(船)热平衡试验。热控星(船)上采用热控结构件模拟星上设备工作时的热量分布情况，热控结构件与实际设备外形相同，内部只装电阻加热片。试验中通过向这些电阻加热片施加不同的电压来模拟这些设备工作时的热量分布情况，对整星的热控系统性

3、能进行验证。目前整星(船)上的设备数量越来越多，有时多达几百路，若采用外接人工控制电源对这些热控结构件独立供电，不仅系统庞大繁杂，而且还需要大量的人力，这种方法非常落后，难以适应大型试验的需要。本文介绍了一种基于数字信号处理(DSP)和控制器局部网(CAN)总线的热功率模拟系统，是专为星(船)热平衡模拟试验而设计的。2系统总体方案设计热功率模拟系统由l台工控计算机和77个控制单元及电源组成，每个控制单元控制4路加热器，电路结构如图1所示。整体结构由3台机柜组成。工控机集成了显示器、键盘、鼠标等全部外设，每台工

4、控机配置有带红外隔离的CAN通信板卡。所有控制单元都连接到CAN总线上，组成整个通信网络。每7个控制单元由l台AC—DC电源供电。为保证供电平衡，3台机柜的交流供电分别跨接在三相交流电上。热功率模拟系统内部由工控机作为控制核心，通过CAN总线与各控制单元通信。控制单元将环模设备内每一路的加热参数送往工控机，工控机发送命令到控制单元，调控每一路的参数。工控机具有良好的人机界面，可以显示控制单元的各项参数，并通过鼠标和键盘修改控制参数，设备出现故障时显示信息并进行语音报警。电源采用高效率的开关电源，单台输出总功率

5、为l500W，效率大于80％，提供36V直流电压，具有过压、过流及过热保护功能。图1热功率模拟系统电路结构Fig．1Circuitdiagramofheatpowersimulationsystem3控制单元电路3．1控制单元电路综述控制单元系统内部电路如图2所示。控制核心为TI公司的16位高速微处理器TMS320C2407llJ，它的事件管理器用于外部事件的控制，特别适用于脉冲宽度调制(PWM)【2】输出控制的应用。TMS320C2407输出4路PWM波同时控制4路功收稿日期：2009．08-20；修回日期

6、：2009．09．02作者简介：李元明(1966．)，男，高级工程师，从事空间制冷机测控系统的研究。联系电话：(0931)4585494．航天器环境工程2010年第27卷率驱动电路，通过调整每路PWM波的占空比改变输出功率，实现对加热器的功率调控。采用隔离方式测量加热器的电流，计算加热器的功率。为了保持输出功率的稳定性，采取闭环控制：当实际功率超出额定范围时，软件自动调节PWM波的占空比以稳定输出功率。控制单元监测加热器的工作状自己的物理地址，通过CAN总线与工控机通信，接收T控机的命令调控每路功率驱动电路的

7、参数，并返回加热参数到工控机。功率驱动电路主要由一只大功率MOS开关管组成，在PWM波的控制下处于开关状态，开关脉冲经滤波后变成脉动直流为加热器供电。相对于线性电路，开关控制将大大降态，m现异常时上报故障信息。每个控制单元都有低电路的损耗，提高电路的效率。地址编码b—一PWMl·蓑#r隔离森采样]I时钟卜一ADl厂、PWM2一急Immm珐石面]环IA。。k：襄AD2模宾PWM3设备孺CY7C10211]一·l隔离电流采样

8、AD3PwM4—一光磊]———叫输出驱动4}—_J—坚态指示卜—一一—气⋯’。。AD4·

9、I隔离电流泵稃]MAX813l监测电路PCAN爿巫卜{，嗍82C驯25动0．]。．J【cAN璺线、图2摔制单元内部电路图Fig．2Circuitdiagramofcontrolunit3．2CPU周围电路CPU周围电路以TMS320C2407为核心，内部集成了16kB的Flash作为程序存储器。外挂64kB的数据存储器CY7C1021V，为保证电路可靠复位，采用专用复位监测电路MAX813，8位拨码