虚拟维修技术研究与应用

针对虚拟维修在建模与仿真等核心环节的研究中存有很大局限的问题,提出了虚拟维修方法体系,探讨虚拟维修理论与方法,在此基础上开展虚拟维修模型与仿真控制方法的深入研究.提出虚拟维修模型即维修任务网(MTN,Maintenance Task Net),MTN基于Petri网可描述维修过程,可表达维修过程中资源、活动和约束.提出MTN驱动虚拟仿真的触发规则及建立控制虚拟维修仿真机制.通过飞机典型设备维修案例对提出的虚拟维修模型和控制机制进行了实例验证,应用结果验证了建模与仿真方法的有效性,为支持维修性工程应用提供了可行的技术途径.      

协同维修过程的合成Petri网建模与分析

针对协同维修过程中共享资源约束、工序衔接时机和维修工时不确定3大问题,建立了一种基于合成Petri网的协同维修过程模型.该模型采用三参数的数组来描述不确定维修时间,引入活动图形来描述协同关系和建立共享资源控制网来约束资源派遣次序.给出了协同维修过程合成Petri网构造算法.解决了协同维修过程分析中3大难点,合理表述了协同维修活动依赖关系,实现了对协同维修过程的规范化描述.实例分析表明该模型能够帮助维修工程部门预测维修完工时间和把握工序衔接的时机,并提出共享资源优化配置的建议.      

基于DTC和GPGP的多UCAV任务规划方法

以任务分析和环境建模仿真框架作为任务结构的描述模型,建立了无人作战飞机的任务模型描述及任务规划问题描述方法.提出了基于启发式设计准则的无人作战飞机任务规划算法,并在任务规划过程中集成路径规划.以通用局部全局规划协调理论为基础,提出了集成通用局部全局规划协调机制和同步协调机制的多无人作战飞机协同任务规划系统结构,对通用局部全局规划的任务规划过程进行控制和协调.仿真实例证明了任务规划算法的可行性.      

Petri网在维修工作分析中的应用研究

分析了当前维修工作分析方法中存在的问题,在论述了Petri网技术优点的基础上,提出采用层次化的时间-着色Petri网技术来建立维修工作描述模型.探讨了Petri网描述逻辑条件与时序关系的方法,并给出了维修工作建模的程序.通过一个实例研究说明了Petri网技术在确定保障资源工作中的应用.      

基本作战单元修复性维修过程建模仿真

为分析评价基本作战单元修复性维修保障方案,准确计算故障修复时间,根据 系统工程建模思想,建立了基本作战单元站点间、站点内修复性维 修过程仿真模型,对其修复性维修活动进行了详细描述,提出了累积维修比、维修模式比和 拆卸率因子参数,为基本作战单元修复性维修过程的定量分析提供了度量方法,并根据 Monte Carlo仿真原理给出仿真算法,为型号工作人员进行保障性设计分析提供了理论方法和技 术手段,最后以某型飞机组成的基本作战单元为例,对其修复性维修保障方案进行仿真试验 验证,分析了修复性维修过程的改进对保障资源和维修时间的影响.      

基于BOM和FEDEP的多分辨率建模框架

为了规范和统一多分辨率模型的描述方法、建模步骤和活动,提出一种基于BOM(Base Object Model)和FEDEP(Federation Development and Execution Process)的多分辨率建模框架.该框架包括3种基于BOM的多分辨率建模方法和基于FEDEP的多分辨率建模过程.简要介绍这3种方法,重点分析FEDEP中与BOM和多分辨率建模相关的基本活动,将基于BOM的多分辨率建模过程与FEDEP集成在一起.该框架可以实现多分辨率模型描述的形式化和通用性、建模步骤和过程的规范化,促进多分辨率模型的重用、互操作和组合,保证模型的一致性和多分辨率建模的有效性.     

地地弹道导弹可用性仿真评估系统构建

阐述了地地弹道导弹可用性评估的重要性,并以此为需求牵引,提出了以MTMC-RDEDS(Mission Time Monte Carlo Random Discrete Event Dynamic Systems)为核心的可用性建模与仿真一体化框架,结合实际应用,以模型重用技术为基础,构建了拥有丰富建模与仿真知识库、模块化设计与开放式接口的导弹可用性仿真评估系统总体框架及软件层次结构,并给出了涉及工作状态、维修保障、统计优化在内的核心仿真模型与算法,探讨了系统实现的关键技术,包括:随机变量建模、武器系统建模、仿真系统可信度评估.利用VC++和相关软件开发了地地弹道导弹可用性仿真评估系统,给出了仿真运行界面,并进行实例分析,验证模型和系统的有效性.仿真的结果与实际试验情况吻合较好,表明该动态评估方法快捷有效,评估系统建设方案合理可行,适用于工程分析,不失为地地弹道导弹可用性评估的一种有效手段.     

装备保障活动分析方法

借助于使用与维修工作任务分析(O&MTA,Operation and Maintenance Tasks Analysis)的结果,在描述保障系统运行机理的过程模型基础上,提出了装备保障活动分析方法.从使用保障和维修保障两个方面抽象出保障活动的频数和执行时间这两个基本属性,并给出了计算方法.通过建立装备群使用任务要求与保障活动频率之间的解析关系,结合保障活动时间属性,依据保障活动之间的层次关系,进行分析汇总计算,最终得到装备保障系统的保障时间参数和保障资源使用时间参数,进而可以对保障系统进行评价,对保障资源的数量进行预测,可以为装备研制部门进行装备群保障系统设计、分析及构建保障方案提供理论指导和方法支持.     

基于自仿射分形建模的干涉仿真

对合成孔径雷达干涉仿真进行了深入研究,阐述了干涉仿真的基本原理,分析了影响干涉合成孔径雷达图像质量的各种噪声干扰因素,重点讨论了干涉合成孔径雷达仿真模型以及建立准确模型的重要性.比较了目前常用的干涉仿真模型,分析了这些模型在仿真过程中存在的缺陷,并基于自仿射分形理论建模仿真了实际的干涉过程,获得了满足合成孔径雷达空间采样率的数字高程模型.仿真结果表明,利用自仿射分形理论仿真不仅可以真实逼真地反映自然目标场景的随机起伏特性和雷达图像特有的几何畸变现象,而且可以对去相干因素进行定量分析,同时有助于验证干涉处理算法和优化系统设计.      

一种用于SGCMG奇异规避的CVP轨迹规划

采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的小型敏捷卫星在姿态机动过程中存在着奇异问题.本文从SGCMG姿态控制系统整体出发，将奇异问题转化为状态约束的动态控制问题，基于控制变量参数化(CVP)方法，设计了一种用于SGCMG奇异规避的轨迹规划.该算法在实现小型敏捷卫星大角度姿态机动过程无奇异的基础上，将SGCMG框架角转速的最优轨迹通过CVP方法进行分段线性规划.这种规划策略对框架伺服系统的算法设计无复杂要求，仅需要简单的加减速控制，从而节约了星上资源.在轨迹规划实现过程中，考虑了工程实际中的约束条件，可以按照姿态机动任务要求规划出一条综合考虑能量资源和目标精度的最优轨迹.仿真结果表明：该算法实现了姿态参数轨迹和星体角速度轨迹的平缓变化，目标误差在1×10-3量级，星体在机动过程中运行稳定，SGCMG不会出现奇异现象.     

MEMS谐振器的常用闭环驱动控制方法对比分析

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)谐振器因其频率输出的特性被广泛应用于多种微机电传感器中。为提高其谐振工作状态的稳定性,普遍采用闭环控制的方法实现MEMS谐振器的静电驱动和检测。本文针对三类主流的MEMS谐振器闭环驱动方法开展研究,即分别对无自动增益控制、直流-交流自动增益控制和交流自动增益控制方法进行了原理分析和仿真建模。通过搭建仿真模型对比了三种闭环驱动控制方法的响应速度和稳幅效果,并总结了各类方法的优缺点。结果表明,无自动增益控制的闭环驱动方法结构简单,引入噪声源较少,稳幅效果较差,易造成谐振器的振动非线性;直流-交流自动增益控制和交流自动增益控制方法响应速度快,稳幅效果好。其中直流-交流自动增益控制方法稳定性好,功耗高,不利于低功耗、小型化发展。交流自动增益控制方法结构简单,但增益模块会导致噪声信号被放大,不利于信噪比的提高。本文的研究为未来对特定谐振器闭环驱动控制方法提供了较为具体的指导意见。     

地外人工光合成装置研制与试验

原位资源利用技术是地外生命保障体系构建、实现人类地外生存的有效途径，是载人深空探索的核心技术。基于微通道技术的人工光合成反应器，采用流动反应器设计，用于低微重力等特殊环境条件下模拟人工光合作用，实现CO２向O２和含碳燃料的转化。微通道芯片通过气液剪切作用力使气体反应产物快速脱离电极表面并随反应介质排出反应器，理论上可以克服微重力条件对反应过程的影响，尚需进行微重力试验进行验证。同时，微通道结构可以通过精确控制反应气液的压力、流速、流量比等反应条件，获得优化的反应条件。通过地面试验，验证了该反应器将CO２还原为O２和含碳化合物的功能可行性。以Au和Ir/C作为阴极和阳极材料，3V电压条件下，O２产率可达11.74mL/h。此外，基于人工光合成反应器搭建了集反应模块、控制模块、流路驱动模块以及检测模块等于一体的地外人工光合成装置，形成原位反应、介质供给、精确控制、在线收集和检测等功能一体化的系统，并实现CO２有效转换和O２供给。为后续技术成熟度更高的反应装置研制、高产物选择性的含碳化合物转化以及人工光合成反应装置在轨试验奠定了理论和实践基础。     

基于Petri网的UML状态迁移策略

分析了统一建模语言(UML,Unified Modeling Language)状态图相关语义,阐述了Petri网基本特征和它所具有的建模事件并发、同步、冲突能力.为得到UML状态图无二义性的、可执行的和可验证的模型,在着色Petri网和层次化Petri网研究成果基础上,研究提出层次着色Petri网(HCPN,Hierarchical Colored Petri Net).HCPN中不同层的着色网CPN通过库所子网或变迁子网相关联.通过实例说明如何借助这些关联从HCPN中的CPN合并得到标注Petri网.标注Petri网可用于指导基于事件驱动的仿真过程,而标注Petri网转换得到的基本Petri网可用来进行特性分析,从而对所描述的UML状态图模型给出合理的评价,有利于建模系统的改进.      

任务准备期内的军用飞机瞬时可用度

军用飞机是一种复杂的可修系统,其瞬时可用度计算是装备综合保障领域研究的难点。本文构建了基于作战任务和飞机技术状态驱动的随机维修网络(SMTN),SMTN中各项活动的维修时间服从不同分布,定义了SMTN的矩母函数并求解系统维修度函数的数字特征,将得到的期望和方差分别代入不同分布形式函数进行验证,从而选定符合实际情况的SMTN的维修度函数,并对任务准备期内的军用飞机可用度进行仿真。在计算过程中基于蒙特卡罗技术设计了一种新方法,在提高计算效率的同时,可以较好地反映维修保障过程的逻辑性、拓扑性和随机性,仿真结果可以真实反映装备在任务准备期内瞬时可用度的波动规律。该方法可以广泛应用到各种复杂的可修系统,为装备的使用决策提供依据,为保障系统的保障效能评估提供量化指标,对于综合保障领域"动态"指标的研究有着一定探索价值。     

超静空间科学卫星分离式主动隔振技术

针对量子科学实验、时频传递实验等项目研发的先进载荷对微振动频谱积分的特殊指标需求，研究一种分离式主动隔振技术。分离式隔振技术将卫星划分为载荷模块和服务模块，考虑两模块之间柔性连接线缆和限位弹簧，首先建立两模块的动力学模型。随后，设计基于加速度反馈的六自由度隔振控制器，考虑执行机构控制和驱动电路的电气噪音，在时域和频域仿真分析载荷模块对服务模块的振动隔离性能。仿真结果表明，主动隔振后载荷模块三轴加速度功率谱密度在05~200Hz内积分值小于2 μgn。最后，分析主动隔振控制器参数对载荷模块加速度功率谱积分指标的影响。分离式主动隔振可为我国超静科学卫星的振动隔离提供一种技术途径。     

基于构型项的飞机研制建模技术

飞机制造业的业务过程是一个复杂的、动态的、数据量大的系统工程.如何建立简单完整的产品研制模型一直是业务过程优化(BPI,Business Process Improvement)中的难题.通过借鉴波音公司关于飞机构型管理和产品结构模块化的相关思想,强调构型管理技术在飞机研制的全生命周期过程中的重要性,明确构型项(CI,Configuration Item)准确的数学定义.依据构型管理简化产品的信息模型和Petri 网(PN,Petri Net)描述、优化产品过程模型的特点,将Petri 网理论与构型项结合起来保证全生命周期过程中飞机研制模型的一致性和完整性.提出CI-PN模型来描述整个飞机研制的信息和过程模型,并给出对翼盒研制过程模型描述、分析和优化的实例.