火星车机构集成控制系统设计与实现

周 东，徐晓伟，贾 阳，郭 坚，李 珂，朱 玛，张红军

（1. 北京空间飞行器总体设计部，北京 100094；2. 山东航天电子技术研究所，烟台 264000）

引 言

火星车作为典型的深空探测器，其机构控制系统需要具有集成化、自主管理、容错控制等特性。火星车配备多种伺服机构，实现整车移动、悬架调整、通信天线指向、太阳翼对日定向、桅杆转动等功能[1-2]，机构控制系统所需完成的功能均包括运动规划、电机驱动控制、传感器解算、故障检测及应急处置等功能。其中移动装置包括驱动机构、转向机构、悬架调整机构等，采用直流无刷电机；天线、太阳翼、桅杆机构采用步进电机。角度传感器均采用旋转变压器。

在以往航天器机构控制系统中，机构组件数量较小，机构控制器分别设置在多个相关分系统中。每个控制器中均设置电源变换、规划运算、控制运算、驱动电路、传感器采集等部件[3-5]。按照传统方式设计火星车机构控制系统，存在较多冗余资源，无法满足火星车集成化、轻量化的设计要求[6]。

另外，在近地航天器或月球车中，通信延时不长，如地月单程通信时延仅为1 s左右。机构控制系统的任务规划、状态监控、故障检测及应急处置主要通过地面遥操作实现[7-8]。而在火星探测任务中，最远地火距离时单程通信时延长达几十min。火星车需要在无人干预情况下完成自主任务规划、自主故障检测及处置、降级运行等功能。这些都对火星车的自主特性提出了更高的要求[1]。

与以往研究相比，本研究针对火星车多样的控制需求，开展了任务分析，制定了机构控制系统的整体架构，从集成化、自主管理、故障检测与降级运行等方面开展了优化设计。……