虚拟维修仿真建模与控制实现

现有的建模技术在描述维修过程及其相关信息资源等方面存在很大不足,同时缺乏将抽象的维修任务描述与底层维修活动仿真相结合的研究,针对此问题提出并建立了维修任务仿真管理模型 MTN(Maintenance Task Net).构建MTN模型框架并建立基本功能模块,同时阐述了MTN建模的3个要素:状态、活动和条件.基于状态描述各种维修资源,基于活动定义维修动作行为,基于条件建立资源与活动间约束关系.进一步阐述MTN驱动虚拟场景进行维修仿真,同时控制管理整个维修仿真过程.最后给出了应用实例,该模型对实际工程中维修工作分析评价的开展具有一定的实用价值.      

"混合控制"驱动虚拟人实现维修仿真

目前在开展虚拟维修仿真过程中,驱动虚拟人多采用2种方式,一种为沉浸式的虚拟外设控制,另一种为非沉浸式的算法控制.2种方式各有其局限性,为了提高维修仿真的实现效率,提出混合控制的方法及实现结构,即在算法控制虚拟人的仿真过程中插入虚拟外设控制方式,目的在于充分利用这2种控制方法的长处.对混合控制系统结构进行了描述,分析了2种控制方式之间的转换机制,并用实例加以验证.在当前的软硬件技术条件下混合控制方法为实现维修仿真提供了有效的技术手段.     

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.      

面向对象的虚拟组织集成建模方法

提出了一种适应虚拟组织业务过程动态变化的虚拟组织集成建模方法(VOIM,Virtual Organization Integrated modeling),该方法集标准化面向对象的建模语言(UML,Unified Modeling Language)、功能建模集成化定义方法(IDEF0,Integration Definition for Function Modeling)和事件驱动过程链(EPC,Event-driven Process Chain)为一体,以弥补单一方法的不足,适合复杂系统特别是虚拟组织的建模,其中:IDEF0对虚拟组织的功能建模,EPC对功能视图进行细化,UML通过实体映射关系把虚拟组织模型的各个视图有机结合起来,有利于实现系统的模块化和模型的重用;同时对建模过程中UML到EPC之间的转换方法进行了研究.最后对模型进行了形式化描述,从而使VOIM具备严格定义的抽象语法和语义,为模型的验证和仿真提供了良好的基础.     

应用Stateflow技术的安全性建模与仿真

为了保障高风险系统的使用安全性,探索事故的运动规律与应急决策,提出了面向事故过程的安全性仿真方法,并结合有限状态机原理与Stateflow技术设计了建模方法与仿真机制,该方法能实现混合系统过程状态逻辑与连续机理的建模与仿真,仿真结果能反映事故发展过程中系统的状态-时间特性、人机交互特性以及过程机理,为应急决策提供定量的依据.最后,对某产品实例的事故过程进行了模型设计与仿真实验,验证了该仿真方法的有效性与合理性.      

基于有限状态机的安全性仿真技术

为了研究系统中事故的动态变化机理,探索事故发展过程中的运动行为,制定正确的应急控制措施,提出了基于有限状态机理论的安全性建模仿真方法.结合Simulink/Stateflow工具开发了面向事故机理与应急过程的建模仿真平台,实现了系统的机理模型、安全状态控制模型以及应急操作模型的有效融合.该平台能实现对人-机-环境综合系统进行动态仿真,为明确事故的动态变化过程和制定应急控制措施提供依据.通过对某舰船舱室事故过程的仿真实例,验证了该方法的有效性和合理性.     

复杂结构振动控制设计与仿真方法研究

为了避免在建立结构数学模型过程中因简化和降阶引起的模型误差,解决复杂结构建模难的问题,提高控制器设计的准确性,提出了一种新的基于有限元法(FEM)的结构振动控制设计方法.该方法可借助于商用结构有限元分析软件来实现,简便易行,在PATRAN/NASTRAN环境中利用PATRAN命令语言PCL(Patran Command Language)建立了通用结构控制仿真平台.通过对压电自适应桁架结构的振动控制进行控制设计仿真和实验验证,证明了新方法的有效性;与Simulink使用简化模型的仿真结果相比,新方法的结果与实验结果更为接近,表明其准确性更高.该方法适用于对处在设计阶段的复杂结构进行控制设计与仿真评估.      

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.      

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.     

Rapid deployment and continuous shape maintenance of tethered-space net robot based on single-pulse action

The tethered-space net robot is one of new technologies for capturing space debris. Rapid deployment and continuous shape maintenance of the tethered-space net robot system are essential in capturing space debris. A single-pulse rotation deployment strategy of the tethered-net robot system is proposed in this paper. The rapid deployment and continuous shape maintenance of the tethered-net are investigated through dimensional analysis, numerical simulation, and regression analysis. Results reveal that the single-pulse rotation deployment strategy can fully deploy the net and maintain the net-shape without any closed-loop controller, and it dramatically increases the effective deployment distance of the net. The parameter sensitivity analyses provide a reference for the rapid deployment and continuous shape maintenance of the tethered-space net robot system.     

空中交通管制仿真环境研究

研究可支持训练和多种用途的空中交通管制(ATC)仿真方法,介绍了空中交通管制的仿真内容,通过分析空中交通管制的各要素,建立了仿真环境框架和仿真环境模型.采用分布交互仿真技术和虚拟现实技术,讨论了仿真环境中视景数据库的生成、三维视景实时生成、管制设备仿真、计算机生成飞机、想定生成和任务管理等问题,最后介绍了系统的实现结果.     

基于VP的虚拟试验系统仿真设计

虚拟试验系统的目的是通过虚拟试验真实反映飞行器的起竖过程,为瞄准技术的误差分析提供良好的仿真基础和设计依据。对飞行器机动发射的起竖过程进行建模,在数学模型基础上,通过三维可视化仿真技术模拟发射前的整个起竖过程,初步完成虚拟试验过程可视化系统的研制,建立虚拟试验系统中飞行器、车、发射场等三维模型,实现了人机交互功能,建立了系统仿真平台。     

近圆低轨卫星星座相位保持方法

主要研究无轨道高度保持要求的近圆低轨卫星星座相位保持方法.首先根据轨道摄动理论，推导了考虑J2摄动和大气阻尼摄动的卫星相位漂移模型，分别给出基于固定基准星和基于虚拟基准星的相位偏差两种表达方法.在此基础上，按照星座各星轨道衰减一致和不一致两种情况，分别提出两种表示方法理论的和考虑实际控制误差的相位保持策略.通过一个walker星座仿真算例验证了两种方法的有效性.仿真结果显示，两种方法在各星轨道衰减一致和不一致两种情况均可有效完成相位维持任务，当各星轨道衰减一致时两种方法在控制次数和控制总量上无明显差异；在各星轨道衰减不一致情况下，基于固定基准星的相位保持策略更优.     

虚拟现实仿真技术及在飞机装配中的应用

虚拟现实技术应用于仿真系统中,将极大地拓展仿真技术的研究和应用领域,具有广阔的理论及实际意义.利用目前先进的VRML(虚拟现实建模语言)进行三维环境构型的基础上,以Java语言设计仿真器并在三维环境下实时驱动对象进行运动,提出及完成了基于因特网浏览器的虚拟现实仿真技术方案,达到了虚拟现实仿真的基本要求,并以某飞机制造公司的波音737-700尾段的生产过程作为实际应用背景,进行了生产过程的可视化仿真及虚拟现实仿真的实证研究.      

Study the influence of anchoring parameters on asteroid drilling anchoring with discrete element simulation

Asteroid exploration has become a research hotspot, and anchoring probes to asteroids is essential for in situ scientific detections. The influence of ultrasonic drilling force-closure anchoring parameters on the anchoring performance and its influence mechanism are studied based on discrete element simulation. An anchoring simulation model is established after calibrating virtual asteroid soil, and its validity is verified by anchoring experiments. Discrete element simulations are performed to study the effect of cross-sectional shape and longitudinal cross-sectional shape of anchoring rods on anchoring force. The internal influence mechanism of anchor configurations on the anchoring force is analyzed by extracting the number of stressed particles in the simulation area. The anchoring force has a positive correlation with the cross-sectional area. The rotation of non-circular anchors causes fluctuations in the anchoring force. The effect of the anchored material strength on the anchoring force is studied with the calibrated virtual asteroid soil. The relationship between anchoring force and anchoring parameters is studied, and the optimal anchoring angle is 54° for anchored material strength of 100 kPa. Finally, the variation of the anchoring force with the direction of external force is studied. This work can guide the anchor configuration design and the anchoring condition parameter optimization.     

An analysis of the flexibility modeling of a net for space debris removal

Operational spacecraft are facing a risk of collision with space debris objects. The net capturing method has been proposed to mitigate this risk on spacecraft. The mass-spring model is usually applied for net modeling by discretizing a cable into one or several mass-spring-damper elements in simulation. The absolute nodal coordinates formulation (ANCF) has also been applied to model the net, and this model is able to describe the flexibility of a net using less elements. However, the influence on the net behavior in simulation by the flexibility modeling of a net is not well understood and barely discussed. In this paper, flexibility models of a net are established based on the mass-spring model and the ANCF model,respectively. The influence on the net behavior by the flexibility modeling is, for the first time, analyzed via simulations. Two case studies of capturing a ball and a cube shaped targets are performed. It is found that the flexibility modeling has little influence on the net dynamics in simulation. Finally, the characteristics and benefits of the ANCF model are described and analyzed. A drawback of the ANCF model was found to be its inferior computational performance.