本发明提供了一种微小卫星多个分系统通用化的故障检测测试系统，其特征在于，包括可编程智能接口板、总线母板、主控制器板、上位机、通用化测试床，所述主控制器板与所述可编程智能接口板通过总线母板通讯，所述可编程智能接口板与所述通用化测试床相连，所述主控制器板负责指定仿真需要的所有模型的实行运行；所述上位机与所述主控制器板相连，所述上位机根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载实时板卡到所述主控制器板。本发明的有益效果是：本发明通用性强，且故障检测流程清晰，定位问题快，故障制作通用化，降低编程复杂度，节省时间，提高工作效率。
1.一种微小卫星多个分系统通用化的故障检测测试系统，其特征在于，包括可编程智能接口板、总线母板、主控制器板、上位机、通用化测试床，所述主控制器板与所述可编程智能接口板通过总线母板通讯，所述可编程智能接口板与所述通用化测试床相连，所述主控制器板负责指定仿真需要的所有模型的实行运行；所述上位机与所述主控制器板相连，所述上位机根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载实时板卡到所述主控制器板；
该故障检测测试系统还包括基于simulink的一体化上位机模型库、实时操作系统、可编程智能板卡程序，
所述实时操作系统：用于对simulink模块进行代码化编译，生成可执行代码；
所述可编程智能板卡程序：用于实现与上位机的标准总线通讯；
所述可编程智能接口板为基于不同电接口的通用板卡，且所述可编程智能接口板上数字逻辑使用fpga编程，完全适应各种通讯接口的时序与协议的收发功能；
所述通用化测试床包括展开箱和多个通用智能接口板，所述通用智能接口板负责将真实的姿控部件数据传入星载机系统以及故障检测测试系统，通讯方向是双向或单向进行选择；所述展开箱负责各个连接通用化测试床的数据传输的物理传输方向，所述通用智能接口板通过所述展开箱实现模型库与真实部件的切换；
该故障检测测试系统通过可编程智能接口板或者以太网口将指令信息发送给测试设备，构成半物理仿真平台或者全物理测试平台；
在故障检测测试系统中，引入通用化测试床，将真实部件接入故障检测测试系统中，同时将主控制器板中的虚拟模型去掉，真实姿控部件的数据会由通用化测试床分别发送给可编程智能接口板以及星载机系统，可编程智能接口板将数据通过总线母板、主控制器板、网口发送到上位机，因为数据发送到主控制器板中，也就是真实姿控部件数据取代了虚拟部件，参与到闭环仿真中；同时可以直接通过上位机读出真实姿控部件的数据；
该故障检测测试系统可实现从设计仿真验证到型号测试的各个阶段，故障检测测试系统能够检测控制分系统单机部件的工作状态、检测综合电子分系统、检测控制系统与综合电子系统对接后存在的分系统级间的故障、对故障应急方案理论的再验证、对正常系统制造故障状态进行在轨仿真测试。
2.根据权利要求1所述的故障检测测试系统，其特征在于：所述主控制器板负责指定仿真需要的所有模型的实行运行，模型库有动力学模型、姿控部组件模型、测控部组件模型、并对姿控部组件模型和测控部组件模型动态指定所需的可编程智能接口板。
3.根据权利要求1所述的故障检测测试系统，其特征在于：所述基于simulink的一体化上位机模型库包括动力学仿真模型、飞轮模拟器模型、陀螺模拟器模型、磁力矩器模拟器模型、磁强计模拟器模型、测控组件模拟器模型、电源模型、热控模型。
4.根据权利要求3所述的故障检测测试系统，其特征在于：所述基于simulink的一体化上位机模型库由simulink图形化编程结合基于C函数的s-function实现。
5.根据权利要求1所述的故障检测测试系统，其特征在于：在闭环控制系统通用化模型平台的单机故障检测中，将上位机的simulink模型库图形化文件，直接产生优化的、可移植的个性化代码，并根据目标配置自动生成多种实时系统下的程序，并下载到主控制器板的实时系统上加载运行，模型中的故障状态通过初始条件作为输入，引入故障检测测试系统中。
6.根据权利要求1所述的故障检测测试系统，其特征在于：真实姿控部件的数据会由所述通用化测试床分别发送给所述可编程智能接口板以及星载机系统，所述可编程智能接口板将数据通过所述总线母板、所述主控制器板、网口发送到所述上位机。
7.根据权利要求2所述的故障检测测试系统，其特征在于：所述主控制器板是标准的X86架构的板卡，所述可编程智能接口板的电接口包括AD、DA、OC 、IO、422/485、CAN、LVDS、电位器电接口。
一种微小卫星多个分系统通用化的故障检测测试系统
技术领域
[0001] 本发明涉及卫星技术领域，尤其涉及一种微小卫星多个分系统通用化的故障检测测试系统。
背景技术
[0002] 微小卫星在设计、制造以及与之配套的控制方案的仿真、验证都离不开对硬件设备工作状态的故障排查以及对原理上发生的故障情况的模拟仿真，这项测试的全面性以及覆盖性决定着卫星系统的可靠性、任务的成败。故障检测涉及到实际硬件的电路工作状态、通信情况以及半物理模拟仿真中，虚拟部件的故障情况的模拟。半物理模拟仿真中，需要用到不同模拟器及模型，连接起来作为测试设备来与星务姿控系统闭环对接测试。姿控部件模拟器有：陀螺、飞轮、星敏、太敏、磁强计、磁力矩器、推进系统等等。所需模型即动力学模型与各部组件模型。实际硬件测试则是将真实姿控部件代替模拟器，通过展开箱将设备接入整个闭环故障仿真验证系统。
[0003] 以往测试中，故障检测这一类仿真验证基本停留在原理验证上，只能通过代码进行逻辑验证。实际卫星设计、制造过程中，不仅需要快速验证真实部件的状态，更需要验证整星总装工作状态下，各个设备出现故障的真实响应是否与理论上的故障检测结果一致，因为真实产品在出现异常时，有时候与我们假设的结果是不一样的，例如真实部件并不会出故障的时候总是线性化输出结果，有的是会突变的，有的是线性化缓变的；当部件突然坏掉，电流不是变为一个数据0，而是没有数据，这个在软件上是实现不了的。以上两个问题是原有的故障检测方法实现不了的，对短周期研制卫星是明显的制约。
[0004] 卫星故障检测中，针对不同的专业都有相应的检测方法，但是专业交叉部分仍不完善，也导致实际工作过程中在此环节出现的问题比较难定位。同时因为姿控部件的产品通讯协议上的差异化，导致故障检测系统不具备通用化的特点。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种微小卫星多个分系统通用化的故障检测测试系统，包括可编程智能接口板、总线母板、主控制器板、上位机、通用化测试床，所述主控制器板与所述可编程智能接口板通过总线母板通讯，所述可编程智能接口板与所述通用化测试床相连，所述主控制器板负责指定仿真需要的所有模型的实行运行；所述上位机与所述主控制器板相连，所述上位机根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载实时板卡到所述主控制器板；该故障检测测试系统还包括基于simulink的一体化上位机模型库、实时操作系统、可编程智能板卡程序，所述实时操作系统：用于对simulink模块进行代码化编译，生成可执行代码；所述可编程智能板卡程序：用于实现与上位机的标准总线通讯。
[0006] 作为本发明的进一步改进，所述可编程智能接口板为基于不同电接口的通用板卡，且所述可编程智能接口板上数字逻辑使用fpga编程，完全适应各种通讯接口的时序与协议的收发功能。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述主控制器板负责指定仿真需要的所有模型的实行运行，模型库有动力学模型、姿控部组件模型、测控部组件模型、并对姿控部组件模型和测控部组件模型动态指定所需的可编程智能接口板。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述通用化测试床包括展开箱和多个通用智能接口板，所述通用智能接口板负责将真实的姿控部件数据传入星载机系统以及故障检测测试系统，通讯方向是双向或单向进行选择；所述展开箱负责各个连接通用化测试床的数据传输的物理传输方向，所述通用智能接口板通过所述展开箱实现模型库与真实部件的切换。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述基于simulink的一体化上位机模型库包括动力学仿真模型、飞轮模拟器模型、陀螺模拟器模型、磁力矩器模拟器模型、磁强计模拟器模型、测控组件模拟器模型、电源模型、热控模型。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述基于simulink的一体化上位机模型库由simulink图形化编程结合基于C函数的s-function实现。
[0011] 作为本发明的进一步改进，在闭环控制系统通用化模型平台的单机故障检测中，将上位机的simulink模型库图形化文件，直接产生优化的、可移植的个性化代码，并根据目标配置自动生成多种实时系统下的程序，并下载到主控制器板的实时系统上加载运行，模型中的故障状态通过初始条件作为输入，引入故障检测测试系统中。
[0012] 作为本发明的进一步改进，真实姿控部件的数据会由所述通用化测试床分别发送给所述可编程智能接口板以及星载机系统，所述可编程智能接口板将数据通过所述总线母板、所述主控制器板、网口发送到所述上位机。
[0013] 作为本发明的进一步改进，该故障检测测试系统通过可编程智能接口板或者以太网口将指令信息发送给测试设备，构成半物理仿真平台或者全物理测试平台。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述主控制器板是标准的X86架构的板卡，所述可编程智能接口板的电接口包括AD、DA、OC、IO、422/485、CAN、LVDS、电位器电接口。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明通用性强，且故障检测流程清晰，定位问题快，故障制作通用化，降低编程复杂度，节省时间，提高工作效率。
附图说明
[0016] 图1是本发明的原理框图；
[0017] 图2是本发明的通用化测试床原理框图；
[0018] 图3是本发明一实施例的系统故障检测工作流程图；
[0019] 图4是对正常系统制造故障状态进行在轨仿真测试图。
具体实施方式
[0020] 本发明公开了一种微小卫星多个分系统通用化的故障检测测试系统，硬件的核心是基于标准总线的通用控制器板和通用可编程智能接口板系列，如图1所示，硬件包括：
[0021] 可编程智能接口板：基于不同电接口的通用板卡，电接口如AD、DA、OC、IO、422/485、CAN、LVDS、电位器等大部分电接口，且板上数字逻辑可使用fpga编程，完全适应各种通讯接口的时序与协议的收发功能。主控制器板与可编程智能接口板通过总线母板通讯。
[0022] 主控制器板：是标准的X86架构的板卡，负责指定仿真需要的所有模型的实行运行，模型库有动力学模型、姿控部组件模型、测控部组件模型、并对部组件模型动态指定所需的可编程智能接口板。
[0023] 上位机：根据仿真测试需要，对模型进行剪裁，下载实时板卡到主控制器板。
[0024] 如图2所示，通用化测试床：通用智能接口板，负责将真实的姿控部件数据传入星载机系统以及故障检测测试系统，通讯方向可以是双向或单向进行选择。展开箱部分负责各个连接通用化测试床的数据传输的物理传输方向。通用智能接口板通过展开箱，实现模型库与真实部件的切换。
[0025] 系统运行过程则是根据故障测试需要，如故障检测测试系统能够检测控制分系统单机部件的工作状态、检测综合电子分系统、检测控制系统与综合电子系统对接后存在的分系统级间的故障、对故障应急方案理论的再验证、对正常系统制造故障状态进行在轨仿真测试。
[0026] 本发明的系统软件包括：
[0027] 基于simulink的一体化上位机模型库，包括动力学仿真模型、飞轮模拟器模型、陀螺模拟器模型、磁力矩器模拟器模型、磁强计模拟器模型、测控组件模拟器模型、电源模型、热控模型。由simulink图形化编程结合基于C函数的s-function实现，既可直观方便，也可方便设计与PXI总线的通讯。
[0028] 实时操作系统：用于对simulink模块进行代码化编译，生成可执行代码。在控制器板实时系统运行时，可动态加载。
[0029] 可编程智能板卡程序：fgpa软件实现，包括实现与上位机的标准总线通讯。因此可方便满足各种通讯时序协议需求。
[0030] 如图3所示，本发明实现实例一，闭环控制系统通用化模型平台的单机故障检测。在实例一中，本发明软件模型实现运行原理：基于快速原型化开发，使用RealTimeWorshop工具，将上位机的simulink模型库图形化文件，直接产生优化的、可移植的个性化代码，并根据目标配置自动生成多种实时系统下的程序，并下载到主控制器板的实时系统上加载运行，模型中的故障状态通过初始条件作为输入，引入故障检测系统中，例如，动量轮正常通信过程中，对RS422协议中的帧头，或者CAN协议中的仲裁域通过仿真初始条件的输入、将正确代码修改为错误的，导致通讯异常；同样是动量轮，将转速信息修改为比上界还大的数据，会出现转速饱和信息。以上也是故障检测系统中的最简系统。
[0031] 真实单机接入故障检测：一体化故障测试系统逻辑框图如图1所示，在最简系统的基础上，引入通用化测试床，将真实部件接入测试系统中，同时将主控制器板中的虚拟模型去掉，此时，真实姿控部件的数据会由通用测试床分别发送给可编程智能接口板以及星载机系统，可编程智能接口板将数据通过总线母板、主控制器板、网口发送到上位机。因为数据发送到主控制器板中，也就是真实姿控部件数据取代了虚拟部件，参与到闭环仿真中，这就是真实姿控部件制造故障引入故障检测系统的原理。同时可以直接通过上位机读出真实姿控部件的数据。同时，在上述通用平台因为引入真实姿控部件的数据，进而验证未接入真实姿控部件的故障检测的方法的有效性以及合理性。
[0032] 针对星载机系统，由于星载计算机的软件由于任务，阶段不同，导致软件可能发生变化，无法确认状态的情况，图1中从真实姿控部件、通用化测试床到星载机系统，可以直接校验星载机系统的软件是否正确，因为直接引入的就是真实姿控部件，同时如果线缆或者电路板中出现问题，也可以通过上述系统从测试床输出口到星载机板逐段检验，定位故障。
[0033] 如图4所示，本发明的故障检测测试系统不仅是可以将真实姿控部件的数据与虚拟部件的数据结合，同时还可以通过可编程智能接口板或者以太网口将指令信息发送给测试设备，构成半物理仿真平台或者全物理测试平台。真实部件故障制造如下：对正常系统运行中，将三轴转台按照要制造的故障模式进行工作，可以实现一部分真实故障的情况，例如转速超界，极性错误，相邻数据异常；磁强计故障可以引入磁力矩器进行饱和异常，数据突变等故障；星敏的故障可以通过恒星模拟器制造四元素错误、数据突变等故障。
[0034] 其他专业方向的故障检测也可以借鉴此方法，如果为了提高故障判断的效率，可以在测试电路或者转接板上增加指示灯，以灯的显示状态或者颜色来判断系统的工作状态。同时如果更多地系统加入、硬件板卡的接口数量就要继续增加，必要时需要引入路由器，建立局域网进行数据传输。
[0035] 本发明可实现从设计仿真验证到型号测试的各个阶段。故障检测测试系统能够检测控制分系统单机部件的工作状态、检测综合电子分系统、检测控制系统与综合电子系统对接后存在的分系统级间的故障、对故障应急方案理论的再验证、对正常系统制造故障状态进行在轨仿真测试。
[0036] 本发明可实现所有姿控部组件的模拟器：姿控模型与硬件完全或者部分的分离设计，控制板卡上集成所有姿控模型，姿控模型可使用软件进行剪裁并实时运行，而部组件的硬件接口由控制板卡与通用接口板连接，两者之间通过标准总线进行通讯。
[0037] 实现了不必对每个部组件单独做1台机器。只要硬件接口数量够用，所有部组件完全可以集中在一台机器上实现，均通过通用控制器板与通用接口板的配合来实现。
[0038] 实现系统简洁。而非以往卫星仿真测试系统，需要多台信号调理机，部件模拟机。控制器板与接口板标准总线相连，接口板采用现场可编程门阵列方式编程。
[0039] 实现故障检测一体化测试，不论是传输线缆检测、单机工作状态、整星工作状态、故障检测方案理论的合理性以及制造真实故障都可以在故障检测测试系统完成，同时由于通用化的特点，各类通讯协议的设备都可以直接对接测试。此处一体化指的是多类型设备均可在一台故障测试系统上完成、同时指的是整星研制进程中、多个阶段可实现一体化测试。
[0040] 本发明具有如下技术优势：
[0041] 1.故障检测测试系统可快速定位系统级故障位置，通过最简化系统逐步接入上层系统，快速定位故障发生位置，以及对故障应急理论正确性有效性验证。
[0042] 2.故障检测测试系统中通用化模型与通讯接口。通过模拟器的模型与硬件接口分离，模拟器模型由上位机剪裁后统一下载至控制板运行，模拟器硬件接口时序协议可用fpga快速实现。模型与硬件接口间由标准总线实现高速连接互连。
[0043] 3.动力学仿真软件的快速原型化开发方法。即基于matlab图形化编程，并快速下载实现，省去大量编写代码时间。
[0044] 4.本发明的故障检测测试系统通用性强，仿真完全无需专门做部件模拟器，只需对通用接口板卡硬件调配，板卡接口编程，部件模型编程即可。
[0045] 5.本发明故障检测流程清晰，定位问题快。将系统级高复杂度降低为模块化的处理方法，逐个单元进行排查问题。可以还原真实故障，以验证理论化的故障检测方法的合理性。
[0046] 6.故障制作通用化，降低编程复杂度，节省时间，提高工作效率。
[0047] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
