一种用于重复使用运载火箭的发动机控制器

本发明涉及控制器设计，具体涉及一种用于重复使用运载火箭的发动机控制器。

背景技术：

1、传统运载火箭发动机，包括固体发动机和液体发动机，没有专用的控制器。传统发动机的控制只包括点火和关机等简单控制指令，通过箭载计算机统一进行控制。

2、应用于重复使用运载火箭的发动机，一般采用液氧煤油或液氧甲烷作为推进剂，且具有二次启动及变推力能力，采用火炬点火、阀门控制、调节阀控制流量。需要复杂的控制时序和控制指令，对于深度变推力还需要进行开环控制、闭环反馈控制，传统的箭载计算机由于功能的限制，在不借助于外部的伺服控制器及流量调节器的条件下，已经不具备控制变推力发动机的能力。另外，现有控制系统中只有部分模块采用多模冗余架构，导致整个系统的控制过程复杂，系统的可靠性存在较大问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于重复使用运载火箭的发动机控制器，以解决重复使用运载火箭的发动机控制器控制功能少、可靠性差的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种用于重复使用运载火箭的发动机控制器，发动机控制器包括：电源模块、主控模块及多个业务模块，电源模块、主控模块及多个业务模块分别采用相同的多模冗余架构，主控模块和多个业务模块之间采用高速串行总线进行数据传输，其中，

3、电源模块包括多个电源单元；

4、主控模块包括多个控制单元，多个控制单元之间互相连接，控制单元的数量与电源单元的数量相同；

5、每个业务模块包括多个业务单元，业务单元的数量与电源单元的数量相同；

6、多个电源单元与多个控制单元、多个业务单元一一对应，并分别为多个控制单元、多个业务单元提供电源；

7、多个控制单元与多个业务单元一一对应，用于分别与多个业务单元一一进行数据传输，并控制各业务单元。

8、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，利用多模冗余架构及高速串行总线数据传输，实现了对发动机变推力及摇摆的全权限控制，提升了发动机控制器的控制能力，各模块均采用多模冗余架构，提高了发动机控制器的可靠性。

9、在一种可选的实施方式中，电源模块包括三个电源单元，主控模块包括三个控制单元，每个业务模块包括三个业务单元。

10、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，各模块均包括三个对应的单元，形成三模冗余架构，即保证了发动机控制器的可靠性，同时尽可能降低了复杂度，提高了控制效率。

11、在一种可选的实施方式中，业务模块包括：流量调节模块，用于驱动流量调节机构，进而调节发动机的燃料调节阀开度，以调节发动机的推力；

12、流量调节模块包括三个分别独立的流量调节单元，每个流量调节单元包括：

13、流量控制子单元，用于接收主控模块的流量控制指令，并根据流量控制指令生成开度驱动信号；

14、流量驱动子单元，用于根据开度驱动信号驱动流量调节机构，进而调节对应调节阀的开度，以调节发动机的推力。

15、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，流量调节模块根据主控模块的流量控制指令，通过控制发动机的燃料流量来调节发动机的推力，实现对发动机推力的精准控制，流量调节模块采用三模冗余架构，提高了主控模块对流量调节的可靠性。

16、在一种可选的实施方式中，流量调节模块还包括：

17、第一连接器，通过高速串行总线分别对应连接三个控制单元与三个流量控制子单元，用于接收三个控制单元的流量控制指令，同时将三个流量控制子单元的流量反馈信号对应传输给三个控制单元，形成闭环控制。

18、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，三个流量控制子单元与三个控制单元之间利用第一连接器进行连接，实现了对流量反馈信号的传输，使主控模块能够实时获取流量反馈信号，并根据流量反馈信号进行调节，以更加准确地控制发动机推力。

19、在一种可选的实施方式中，业务模块还包括：伺服控制模块，用于驱动摇摆伺服机构，控制发动机的喷管摆动；

20、伺服控制模块包括三个分别独立的伺服控制单元，每个伺服控制单元包括：

21、伺服控制子单元，用于接受主控模块的伺服控制指令，并根据伺服控制指令生成摆动驱动信号；

22、伺服驱动子单元，用于根据摆动驱动信号驱动摇摆伺服机构，以控制发动机的喷管摆动。

23、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，伺服控制模块根据主控模块的伺服控制指令，通过控制驱动摇摆伺服机构，实现对发动机喷管摆动的精准控制，伺服驱动模块采用三模冗余架构，提高了主控模块对发动机喷管摆动控制的可靠性。

24、在一种可选的实施方式中，伺服控制模块还包括：

25、第二连接器，通过高速串行总线分别对应连接三个控制单元与三个伺服控制子单元，用于接收三个控制单元的伺服控制指令，同时将三个伺服控制子单元的摆动反馈信号对应传输给三个控制单元，形成闭环控制。

26、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，三个伺服控制子单元与三个控制单元之间利用第二连接器进行连接，实现了对摆动反馈信号的传输，使主控模块能够实时获取摆动反馈信号，并根据摆动反馈信号进行调节，以更加准确地控制发动机喷管的摆动。

27、在一种可选的实施方式中，业务模块还包括：配电模块，用于为除发动机控制器以外的相关电气设备配电，配电模块包括三个分别独立的配电控制单元和一个第三连接器，每个配电控制单元包括：

28、配电控制子单元，用于接收主控模块的配电控制指令并进行运算，输出配电控制信号；

29、配电驱动子单元，用于接收配电控制信号并生成相应的配电驱动信号，根据配电驱动信号驱动对应功率开关的通断，以输出目标电源信号；

30、第三连接器，通过高速串行总线分别对应连接三个控制单元与三个配电控制子单元，用于接收三个控制单元的配电控制指令，同时将三个配电控制子单元的配电反馈信号对应传输给三个控制单元。

31、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，配电控制模块包括三个独立的配电控制单元，提高了主控模块对配电控制的可靠性，每个配电控制单元通过配电控制子单元接收主控单元的配电控制指令，通过配电驱动子单元驱动对应功率开关的通断，实现对相关电气设备的配电，通过第三连接器链接三个控制单元和三个配电控制子单元，配电控制子单元将配电反馈信号传输给控制单元，根据配电反馈信号调节对相关电气设备的配电，以更准确地控制配电过程。

32、在一种可选的实施方式中，业务模块还包括：时序模块，用于根据主控模块的时序指令控制发动机的点火装置及发动机的阀门开关；时序模块包括三个分别独立的时序控制单元和一个第四连接器，每个时序控制单元包括：

33、时序控制子单元，用于接收主控模块的时序控制指令，并将时序控制指令处理为开关驱动信号；

34、时序驱动子单元，用于根据开关驱动信号驱动发动机的点火装置或发动机的阀门打开或关闭；

35、第四连接器，通过高速串行总线分别对应连接三个控制单元与三个时序控制子单元，用于接收三个控制单元的时序控制指令，同时将三个时序控制子单元的时序反馈信号对应传输给三个控制单元。

36、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，时序模块包括三个独立的时序控制单元，提高了主控模块对时序控制的可靠性，每个时序控制单元通过时序控制子单元接收主控单元的时序控制指令，通过时序驱动子单元驱动发动机的点火装置或发动机的阀门打开或关闭，通过第四连接器链接三个控制单元和三个时序控制子单元，时序控制子单元将时序反馈信号传输给控制单元，根据时序反馈信号更加准确地控制发动机的点火装置或发动机的阀门打开或关闭。

37、在一种可选的实施方式中，业务模块还包括：信息采集模块，用于采集发动机的各种传感器信号并将采集到的信号传输给主控模块；信息采集模块包括三个分别独立的采集控制单元和一个第五连接器，每个采集控制单元包括：

38、采集控制子单元，用于接收主控模块的采集控制指令，并将采集控制指令处理为信息采集驱动信号；

39、采集驱动子单元，用于根据信息采集驱动信号采集对应传感器信号；

40、第五连接器，通过高速串行总线分别对应连接三个控制单元与三个采集控制子单元，用于接收三个控制单元的采集控制指令，同时将三个采集控制子单元的传感器信号对应传输给三个控制单元。

41、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，信息采集模块包括三个独立的采集控制单元，提高了主控模块对信息采集控制的可靠性，每个采集控制单元通过采集控制子单元接收主控单元的采集控制指令，通过采集驱动子单元驱动对应传感器采集相关信号，通过第五连接器连接三个控制单元和三个采集控制子单元，采集控制子单元将传感器信号传输给控制单元，根据传感器信号更加准确地控制对应传感器采集相关信息。

42、在一种可选的实施方式中，电源模块、主控模块和多个业务模块各自集成到一块基板上，各基板之间采用叠板形式进行组合，各基板单独固定，通过直插连接器进行电气连接。

43、本发明提供的用于重复使用运载火箭的发动机控制器，各模块之间通过叠板的形式组合，模块位置可以互换、模块数量可以任意增减，更加灵活，便于扩展。