ICO多学科设计优化方法

协同优化(CO, Collaborative Optimization)算法在应用中存在计算困难的问题.分析了引起CO算法计算困难的原因;使用L₁范数改进了CO算法的学科一致性约束,避免了学科级目标函数导数的不连续性,并从数学理论上证明了改进的学科一致性约束的收敛性;增加系统级罚函数,使系统级优化问题转化为无约束优化问题;使用快速启动方法,在子系统级优化过程中充分合理利用系统级优化求得的最优解;给出了使用改进的学科一致性约束、系统级罚函数和快速启动方法的ICO(Improved Collaborative Optimization)多学科设计优化方法,较好地克服了CO算法存在计算困难的缺点.标准算例实验结果表明,ICO多学科设计优化方法有效提高了算法的稳定性、可靠性和计算效率.      

基于ADMM算法的航空发动机模型预测控制

为了提升航空发动机非线性模型预测控制（MPC）的实时性,将交替方向乘子法（ADMM）应用于模型预测控制的滚动优化中。基于状态空间模型构造预测方程,通过引入辅助变量和对偶变量,将二次型性能指标和发动机约束改写为适合ADMM算法求解的形式。在航空发动机部件级模型上开展的仿真结果表明,基于ADMM算法的单变量模型预测能够实现对指令信号的高性能跟踪和约束的有效管理。相比于内点法（IPM）,ADMM算法在滚动优化过程中,在不同控制指令下,均具有更高的实时性,且在预测时域增加的情况下,计算耗时增加更少,验证了其在模型预测控制中应用的有效性。      

姿态角幅值约束下的太阳帆Lissajous轨道保持控制

太阳帆航天器以两姿态角作为轨道控制输入时, 其轨道动力学方程具有非仿射非线性特性. 通过人工平动点处线性化获得的线性系统可完成太阳帆航天器轨道保持控制器的分析与设计. 由于线性近似模型为有误差模型, 存在近似有效范围约束, 表现为轨道高度约束和姿态角幅值约束. 本文研究了姿态角幅值约束对线性近似模型有效性的影响, 通过计算给出满足近似误差要求的姿态角幅值约束. 当控制输入存在幅值约束时, 控制器轨道修正能力受到束缚. 通过研究姿态角幅值约束下的最大允许入轨误差, 设计了最大允许入轨误差下线性二次型调节器(LQR)用于轨道保持控制, 并将控制器应用于太阳帆日地三体系统非线性模型中, 实现了日地人工L₁点Lissajous轨道最大允许入轨误差的控制收敛和良好精度下的轨道保持控制.      

基于改进联合稀疏EIT算法的CFRP材料检测

针对应用电阻抗层析成像技术(EIT)对碳纤维增强复合材料(CFRP)损伤检测的高度病态性问题,提出了一种联合L₁和L₂范数的稀疏正则化泛函模型,并在迭代过程中通过构建一种新的约束项来优化求解。仿真结果表明,与传统算法相比,改进联合稀疏EIT算法能够有效改善损伤图像的电极伪影,提高损伤边缘清晰度,增强损伤辨识定位准确度。CFRP层压板检测实验结果表明,改进联合稀疏EIT算法能够提高图像重建的抗干扰能力,具有良好的鲁棒性及适用性。     

GEO卫星基于电推进系统的倾角与偏心率联合控制方法

针对配置电推力器的GEO卫星位置保持问题,提出一种对倾角与偏心率进行联合控制的方法,建立了求解控制方程的优化模型,并针对优化模型变量多、约束复杂的问题进行降维处理,得到两种简化的求解方法,降低了求解复杂度与计算量,适合星上自主计算。采用联合控制方法,仅靠电推力器就能够同时实现卫星倾角和偏心率的高精度控制,有效降低卫星位置保持总的推进剂消耗。仿真算例表明,与电推力器只控倾角的传统方法相比,在保证偏心率控制精度不变的前提下,采用电推力器倾角与偏心率联合控制方法,15年寿命期内节省推进剂质量39kg。     

飞机颤振主动抑制控制律优化设计

对颤振主动抑制控制律的优化设计进行了研究，提出了一种基于“极点配置”思想，考虑低速稳定性的工程性控制律初值设置方法；在优化过程中，除考虑阵风响应等约束外，还考虑了鲁棒性问题。以某型收音机的动力相似模型为实例进行计算。计算结果表明，设计的优化控制律能有效抑制颤振，保证低速稳定性，且系统满足工程稳定裕度要求。     

有限维修能力下舰载机可修复件库存优化模型

舰载机保障受维修渠道约束,维修能力有限.为使Palm定理和Metric理论适用于舰载机可修复件优化配置,基于排队理论,将有限维修渠道的实际维修时间与维修等待时间之和等效为无限维修渠道的平均维修时间,建立专业渠道、通用渠道和混合渠道的维修供应渠道修正模型.根据维修供应渠道修正模型,给出了两层级备件项的供应渠道备件数均值和方差模型.结合实例应用,分析了备件需求率和维修渠道数对维修时间的影响.对比分析了"有限维修渠道模型"和"无限维修渠道模型"库存方案的应用效果,并给出了各自的适用条件,结果表明了修正模型的有效性.      

二元机翼颤振的指令滤波反推自适应约束控制

为有效抑制二元机翼颤振现象,设计了一个指令滤波反推自适应约束控制器。考虑二元机翼气动弹性系统存在多项式结构非线性特性以及系统不确定的情况,针对二元机翼控制面偏转角度限制以及系统外部阵风扰动等问题,将前/后缘双控制面布局的二元机翼动态方程以状态空间形式描述,采用反推控制技术进行控制律整体设计,通过指令滤波环节对虚拟/实际控制信号进行幅值限制,并将滤波前后的信号差引入到自适应约束控制律设计过程中。仿真结果表明,在一定来流速度下,开环系统出现极限环颤振现象,闭环控制系统能快速达到稳定状态,二元机翼颤振现象得到有效抑制。     

基于仿真的制造系统生产计划与控制

采用面向对象建模方法,通过对现代制造过程的生产计划调度数据的分析,建立了车间仿真系统模型.从单元和车间的角度,采用流程控制图给出了现代制造过程的仿真流程及控制点.最后基于Witness动态系统仿真平台建立了仿真生产系统,对某航空生产厂叶片车间的生产计划进行了仿真与优化.     

分布式多媒体系统模型与传输控制算法的研究

作为分布式多媒体系统通信与表现控制研究的基础,提出分布式多媒体系统整体模型DMISIM(Distributed Multimedia Information System Integrated Model),将分布式多媒体系统抽象为3元组——多媒体同步时间单元SIU(Synchronization Interval Unit)、通信信道以及信道与SIU序列之间的一一映射关系．模型描述多媒体信息和通信网络的静态属性,反映系统通信传输的动态过程．基于DMISIM,对分布式多媒体通信传输控制机制进行研究,提出最小偏差调度算法MDSA(Minimum Deviation Scheduling Algorithm)作为古典列表调度算法CLSH(Classic List Scheduling Heuristic)的改进．理论分析和逻辑推导证明,在不增加算法时间复杂度,不降低多媒体同步表现质量的同时,算法提高了系统目的端缓冲区利用率,降低了缓冲区需求及多媒体数据溢出的可能性．算法与底层通信传输机制无关,可以广泛应用于分布式多媒体系统的通信传输过程中．      

基于FGN输入流的G/D/1排队模拟

传统的排队理论不适于分析高速网络表现出的自相似流量.通过实验仿真,主要考察平均等待时间和在队列分别为无限和有限情形下的队列尾部特征等参数,并对以FGN为输入流的G/D/1排队模型作了定性分析.结果表明在输入流的强度和方差基本相等且系统利用律大于某一阈值的情况下,队列平均等待时间随Hurst参数增大而显著增长.同时指出在相同的条件下考察队列尾部特征,具有有限队列长度的G/D/1排队模拟结果要远优于无限队列长度下的理论分析结果.      

基于改进GERT的任务过程时间特性建模分析方法

随着系统任务需求的日渐密集，用户对系统的时间特性提出了更为严苛的要求。首先，利用图示评审技术（GERT）构建系统任务流程的随机网络模型，针对任务中由于资源共享引起的活动排队执行以及部分上下游活动之间存在重叠的情况，基于排队论并引入时间因子以修正任务中各活动的执行时间，并给出任务执行时间的求解步骤。经考虑这2种情况，最终任务平均执行时间增加了22.9%。其次，通过不确定性分析，找出了任务中的关键活动，为进一步任务优化提供方向和思路。最后，以舰载机着舰任务为例进行案例应用分析，验证所提建模分析方法的有效性和适用性。      

量子科学实验卫星密钥分发实验任务规划

针对量子科学实验卫星密钥分发实验任务规划约束条件多以及时效性要求高的特点，基于对密钥分发实验过程及约束分析，建立了约束满足规划模型.以完成时限最短为优化目标，综合考虑任务规划所需光学及数传站资源分配，利用深度优先搜索算法对模型进行求解，解决了实验过程中多要素紧耦合、强时间约束的难题.仿真分析结果表明，所提出的模型及算法有效，能够满足量子科学实验卫星密钥分发实验星地交互的需求.      

考虑制造约束的印刷电路板式换热器优化设计

针对印刷电路板式换热器(PCHE)的微流道结构参数设计制造一体化问题,开展了考虑制造约束条件的换热器性能优化的研究。通过流体仿真分析了流道宽度、深度和深宽比对温度分布、压力损失和换热系数的影响。使用多目标遗传算法(MOGA)建立了换热性能的多参数多目标性能优化仿真模型,根据性能优化获得的设计参数建立微流道结构辊压成形工艺仿真模型,得到制造约束条件,将制造约束反馈到性能优化仿真模型中,得到宽为0.29 mm、深为0.39 mm的矩形微流道优化设计参数,且通过辊对辊(R2R)的辊压工艺实验验证了该优化方法的可行性。考虑制造约束的换热器优化设计方法在性能优化设计阶段引入工艺限制条件,是实现换热器一体化设计制造的有效手段。      

考虑维修效能的修理级别优化

修理级别分析(LORA)是在装备研制阶段为建立使用维修制度而进行产品维修决策的重要方法,而修理级别分析无法决策每级站点的备件配置数量.为此,相对于传统研究,提出了一种在装备保障系统中重点考虑维修时间的库存与修理级别分析联合优化方法,并对该方法作了系统的分析, 确定了修理级别优化模型的目标函数和建模条件,解析了故障送修数量、备件需求、备件短缺等随机变量在多级多站点保障组织中的传递耦合关系,将维修时间参数引入到传统的只考虑维修费用的修理级别量化分析中,建立了联合修理级别和备件库存的单层三级优化模型;分析了优化问题的特点,设计了高效率的多变量凸优化算法,使得该模型能够高效地应用于多级多站点多类型备件的复杂保障系统;最后构建了优化方法应用案例,并利用仿真验证了该算法和模型的正确性,为修理级别分析工作的开展提供了一套可行的优化方法.      

空间站在轨维修操作复杂度评价及试验验证

在轨维修是维持空间站在太空特殊环境安全运行的必要手段,太空特殊环境和空间站结构特点决定了空间站在轨维修任务的复杂度。在轨维修操作复杂度关系到空间站维修方案的优化、维修计划的制定、货运飞船的安排、航天员培训和空间站可维修性设计。然而,针对空间站在轨维修操作复杂度的评价研究较少。因此,提出了空间站在轨维修操作复杂度的概念,考虑了维修固有复杂度和外部影响因子2个方面,基于信息熵理论建立了复杂度评估模型。固有复杂度包括维修操作逻辑、维修动作规模、维修人机界面和维修操作知识,并借助信息熵完成以上4个方面的量化;外部影响因子包括操作空间、有无维修工具、时间压力、视觉遮挡和航天服影响,并利用分级打分制予以量化。为验证模型的有效性,基于地面模拟舱开展了12类产品维修验证试验,采集了受试者的维修动作及时间。实验数据分析表明,提出的模型能够较好地预测产品的维修耗时（相关系数为0.82）,并能较为合理地对空间站在轨维修操作复杂度进行量化分级。为在轨维修的开展、维修方案的评价、航天员乘组训练与安排和空间站设计更改提供方法指导。      

考虑柔性检修计划的圆钢热轧批量调度

针对考虑柔性检修计划的圆钢热轧批量调度问题,构建了以最小化最大完工时间、订单提前及拖期总时长为目标函数的整数规划模型,用以制定有效的机器检修与批量生产协作计划。结合模型特征,提出一种改进多目标粒子群算法(IMPSO)实现求解。算法采用基于混沌加权适应度计算的插入式方法生成初始粒子群体;根据问题约束特征,设计修复规则对群体进化过程中产生的不可行粒子进行修复;采用精英策略保留算法迭代过程中的优势个体,并根据精英集合为每个粒子选择更新所需的极值;针对问题变量的离散特征,引入基于遗传操作的粒子更新方式。实验结果表明,模型和算法是可行和有效的。      

含信息反馈的生产计划优化模型研究

 提出了反馈参数和反馈约束的概念,建立了含信息反馈的生产计划模型,并与两种传统生产计划模型进行了比较,结果发现利用含信息反馈的生产计划模型生成的生产计划能够较好地解决企业生产均衡性问题,最大限度的利用企业的生产能力和资源,并能够保证较低的生产成本,该模型已应用于生产管理决策支持系统中,并也可以应用于MRP-Ⅱ和ERP系统中.     

基于Work-Conserving的CICQ结构中单组播分组调度算法

基于联合输入交叉队列(CICQ)结构提出了一种新的均衡交叉节点缓存单组播混合调度算法,即单组播交叉缓存均衡(MUCB)算法,该算法不同于现有的基于业务状态如队长和/或等待时间的调度算法,而是尽力使交换机最大程度地工作于工作保持(Work-Conserving)状态,其方法是尽量均衡CICQ交叉节点的缓存占用。同时,算法充分考虑单组播业务差异性及CICQ结构下输入输出调度间的影响关系。仿真结果显示,在不同组播业务比例条件下,与现有CICQ结构中主流的单组播混合调度算法相比,MUCB算法显著提高了单组播业务总体的通过率及分组平均时延性能。     

并发多媒体负载访问存储系统的模型分析

多媒体应用要求存储系统提供满足服务质量QoS(Quality of Service)需求的数据访问服 务,反应时间超过截止期限的访问请求必须小于一定的比例.在开放环境下,并发多媒体负载中访问请求的随机性增加了实现这一目标的难度.并发多媒体应用的访问请求经汇聚后到达存储系统的过程服从泊松分布,存储系统的服务时间服从指数分布;并发多媒体负载访问存储系统的过程用M/M/1排队论模型描述.通过对该模型的分析推导出构成并发负载的多媒体应用数量N与负载中访问请求的响应时间分布之间的关系.仿真试验的结果证明该模型对于保证并发多媒体应用的QoS是非常有效的.