带作用力约束的二维装填布局问题——航天器中复杂插座板上插孔的布局 …

研究航天器中一种复杂插座板上插孔的布局设计问题，简化为圆形插板上，根据给定的ｎ个插头，考虑插座板的非凸的可布空间和插头的拔脱力、插座板的紧固螺栓力、边缘弹簧的弹簧力等约束情况下，布置其插孔位置。它属于带作用力约束的二维装填（Ｐａｃｋｉｎｇ）问题。给出该问题的数学模型，并提出一种改进编码的遗传算法进行求解。文后附以航天器复杂插座上插孔布局设计实际问题为背影的算例。     

基于遗传算法的再入航天器配重布局优化

提出了一种在遗传算法框架内实现再入航天器配重布局优化的方法,获得的配重分布,可以尽可能小的配重重量代价使再入航天器满足复杂的质量特性要求。该方法将再入航天器可安装配重的区域离散为大量小面积配重区,使每个配重区对应固定质量的配重块,从而对配重布局设计变量进行离散编码,在此基础上建立起再入航天器配重布局优化问题的数学模型,并采用遗传算法求解该优化问题。对某再入航天器示例进行仿真验证,得到优化配重布局方案,以小的配重用量同时满足了质心位置、惯性矩和惯性积的复杂质量特性约束,配重布局显示出复杂空间分布的特点。文章的结果可为各类航天器的配重布局优化提供借鉴。     

批产航天器设备布局研究

分析了批产航天器小批量、多状态的特点,描述了这些特点给航天器研制带来的设备布局设计难题;提出了以舱板布局作为基本配置单元进行设备布局的方案,通过特殊设备识别、配置矩阵制定、配置状态转化、配置状态编码和配置组合等步骤,实现批产航天器设备布局状态控制;最后,结合产品数据管理系统,说明了导航卫星设备布局方案。     

基于羽流效应分析的航天器发动机布局设计研究

为解决由航天器姿控发动机等带来的羽流热效应问题,文章通过仿真得到了在不同的发动机布局下航天器表面的羽流热流密度分布情况,通过增大发动机的推力线角度和安装点高度,可以使得发动机羽流核心区远离航天器表面,从而降低喷流对航天器表面的加热效应。综合考虑控制力矩及推力损失、布局包络和发动机支架设计等因素,对某航天器发动机布局进行了优化设计及羽流热防护设计。     

设备外形与布局优化的关系

目前国内航天器研制中,各分系统单机设备结构外形、机械接口等很大程度上制约了航天器整体的总装布局优化工作,产生了大量附属的总装直属件,这不仅引起整个航天器重量的增加,而且给后续的电缆和管路走向优化设计造成障碍。文章通过借鉴“联盟号”飞船设计思路,提出了以赋形设计减少总装直属件的数量布局优化设计方法。     

基于MISQP的再入航天器质量特性配平设计

为解决某再入航天器质量特性配平过程中质量、质心、惯性矩及惯性积等多个约束条件相互耦合的问题,文章建立了再入航天器配平设计优化问题的数学模型,采用基于混合整数序列二次规划(MISQP)的优化方法获得配平设计最优解,以最小的配平用量同时满足了质心位置、惯性矩和惯性积等复杂质量特性的约束,并与测试结果进行了对比,结果表明设计值与实测值基本一致。文章提出的配平设计方法可为各类航天器的配平布局优化提供借鉴。     

失效航天器天线再利用的多细胞卫星布局规划方法

针对失效航天器大型天线进行再利用过程中的多细胞卫星(Satlet)布局问题,推导基于Lagrange方程的多Satlet天线动力学方程。通过分析天线振动对Satlet布局位置的影响和Satlet对天线系统的扰振,提出Satlet布局规划过程中的约束条件。在此基础上,采用遗传算法给出Satlet在天线系统中的最优布局,并采用协方差矩阵自适应进化策略(CMAES)对结果进行校验,以保证Satlet最优位置的准确性。仿真结果表明,失效航天器系统采用由上述优化算法给出的最优位置对Satlet进行布局,可以使得失效航天器的大型天线完成再利用过程中的姿态控制任务。     

复杂约束下航天器姿态机动球面几何规划方法

针对航天器进行大角度姿态机动过程中约束多且复杂的问题，提出一种基于球面几何的姿态规划方法。该方法将复杂指向约束描述为多个禁入锥，设计了区分有效约束和无效约束的路径约束检测方法，能有效减少当前路径处理的约束数量；然后将三维空间避障问题映射到二维平面上，通过球面几何距离公式推导了中间姿态指令解析解。仿真结果表明，该方法规划的姿态机动路径不仅能够满足复杂指向约束，而且具有节省机动时间、计算效率高的优点。     

复合材料格栅加筋板布局优化设计

采用遗传算法在总体屈曲约束条件下对复合材料格栅加筋板进行布局优化设计。采用一种参数化的平铺等效刚度计算方法,用于分析格栅加筋板的总体屈曲。最后通过有限元分析对优化结果的有效性进行验证。设计变量为轴向和横向的筋条间距、筋条高度和厚度,筋条的布局。该方法适用于在给定板的全部可选尺寸参数,面内设计载荷,边界条件,材料属性条件下,对复合材料格栅加筋板进行质量最轻的布局优化。     

空间站梦天实验舱构型与布局设计及验证

针对梦天实验舱支持货物自动进出舱和科学载荷试验的任务需求，以及大质量、大尺寸的构型特点，结合天宫空间站双自由度对日定向的整体构型要求，从总体构型和布局2个方面，梳理梦天实验舱的设计约束、设计理念和技术实现途径，介绍梦天实验舱的构型与布局设计状态。通过仿真分析、试验模拟、在轨飞行等验证手段，验证设计效果，分析、总结梦天实验舱总体构型及布局特点，可为同类航天器的总体设计提供借鉴作用。     

卫星对地球覆盖情况的判据及算法探讨

在多颗卫星轨道的设计过程中，经常要考虑卫星对地球的覆盖情况。本文针对多颗卫星在某一时刻是否对地球进行了全球覆盖进行了探讨，并同了一种简单的判定方法及其对应的算法，同时对这一方法进一步推广为判定是否多颗卫星同时对地球进行了Ｎ次覆盖。本文给出的方法对于卫星网设计有一定的帮助。     

基于参数辨识的冗余自由飞行空间机器人多臂协调运动规划

根据空间机器人姿态干扰特性，本文提出了利用多层间向神经网络来辨识自由飞行空间机器人本体质量的算法。其次，提出了基于姿态受限广义雅可比矩阵的多臂协调运动规划方法，较好地解决了多臂自由飞行空间机器人进行空间作业时的运动规划和姿态控制问题。     

卫星太阳能帆板的撞击问题

本文研究卫星帆板展开过程中的撞击问题，用子结构方法和单向递推组集方法行到经铰坐标和柔性体模态坐标为系统广义坐标的撞击阶段柔性多体系统的动力学方程，由与撞击有关约束方程的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子导出撞击力的计算公式，计算了卫星帆板在撞击过程中撞击力的最大值和卫星姿态角速度的变化规律。计算结果表明，对柔性体之间的碰撞，卫星姿态角速度在变化过程中呈现上下波动的趋势。     

空间太阳能阵列光照的建模仿真及优化

针对空间救援飞行器在无控模式下,固定的太阳能阵列可能受到光线照射面积不足的问题,提出采用建模仿真及优化阵列布局的方法来提高任意光照角度下的受光面积。通过建立参数化驱动的空间飞行器外形几何模型、任意角度下的光线投射模型和考虑自身结构阴影遮挡的光照模型,研究空间任意光照角度下太阳能阵列接收光线照射的有效面积,并得到最低受光面积。基于建立的光照模型,采用遗传算法,对影响太阳能阵列布局的关键参数进行优化。可视化仿真结果校验了模型的有效性,优化结果显示算法收敛且获得了最优结果,满足空间无控飞行任务要求。     

具有力觉临场感的主从遥控机器人系统的双向控制

本文研究借助力觉临场感技术实现主从机器人遥操作的控制理论和设计方法，基于对控制系统的动力学分析，在力和运动的双向控制中采用力反射伺服型控制方案，实验结果表明了该方案的可行性，显示了在非结构性环境下临场感在增强人机交互能力方面的优越性。     

双臂空间机器人利用内部运动的姿态控制

本文对双臂自由漂浮空间机器人系统的姿态控制问题进行了研究 ,推导出了系统的运动学模型 ,证明了系统具有非完整的力学结构 ,并且提出了一种利用内部运动的机器人本体姿态控制算法。该算法可使机器人本体的姿态在机械臂完成任务的过程中保持不变或变化最小 ,仿真结果验证了算法的有效性。     

气动力星座保持的最优控制

研究了利用气动力进行星座保持的最优控制问题。首先得到了正则方程，然后针对最优控制问题提出了一种求解算法，利用此算法进行了仿真计算。结果表明，算法简单有效。     

自由飞行空间机器人的运动学建模研究

空间机器人将在未来的空间项目中发挥重要的作用。但在空间环境中，由于缺乏一个固定的基座，机械臂的运动会对机器人本体的位置和姿态产生扰动，其运动学将变得很复杂。为建立自由飞行空间机器人的运动学模型，通常是将系统的动量表达为某个预先选定连杆的速度的函数，进而得到具有广义雅可比矩阵形式的运动学模型。这种方法的缺点是系统的动量无法以通用表达式描述，并且对如何最优选取连杆也缺乏必要的说明和讨论。本文对此进行了研究，得到了自由飞行空间机器人系统动量的通用表达式；通过选取相应的连杆，得到了具有广义雅可比矩阵形式的运动学模型；也分析和讨论了连杆优选问题。