PROFIBUS-DP主站网关设计及其关键技术

针对标准PROFIBUS-DP从站产品难以集成到现有集散式控制系统的问题,提出了网关解决方案.在对现有网关实现方案进行比较后,选用软核方案,设计了具有热插拔功能且兼容两种实现方案的硬件平台.采用模块化设计思想进行软件架构,应用状态机法实现了"PROFIBUS-DP通信"子功能.从防错设计、纠错设计、故障恢复设计等方面对设计方案中软、硬件可靠性进行了详细分析.针对硬件特性,从调度策略的角度阐述了影响系统实时性的关键问题,并对自主设计主站的难点问题-组态设计进行了说明.该方案支持系统运行过程中动态地增加和删除从站,修改从站配置参数.分析并实验测试了网关的性能参数,网关最高支持3 Mbit/s的通信波特率.实验结果表明,系统性能优越,运行稳定.      

星载相机地面电性能测试系统的设计与实现

根据新型相机结构复杂、载荷多的特点,针对性地设计并实现了一种新型星载相机的电性能地面测试系统。分析并总结了地面测试系统的设计需求,并且针对新型相机测试的全面性要求,设计并实现了整星和多种载荷的模拟接口;针对新型相机测试的可靠性要求,提出了冗余网络切换的测试系统设计方法并解决了数据库访问冲突的问题;针对新型相机测试的安全性要求,提出了针对冗余链路的测试方法和错误注入的测试方法。该系统已经成功配合完成了某高轨型号星载相机的研制,并交付使用。试验证明测试系统功能全面稳定,连续测试72h误码率为0,能够满足新型相机全面性、可靠性、安全性的测试需求。     

柔性可靠性与故障诊断处理综合设计技术

针对现代卫星高可靠、长寿命的要求,从卫星系统整体角度出发,根据卫星数字化系统/设备的特点,应用网格技术和多学科综合技术实现卫星内部、甚至卫星个体之间的柔性重组,提高卫星及星座的系统可靠性.提出柔性可靠性技术、测试技术和故障诊断与处理的融合技术,将可靠性、测试性和故障诊断与处理的设计分析与产品功能/性能设计紧密结合,建立综合应用的设计分析模型,实现一体化设计,并尝试对此进行综合应用仿真,以达到卫星数字化系统/设备简单、经济和高可靠的目的.      

飞控系统性能与可靠性一体化设计技术

通过分析性能与可靠性一体化设计国内外相关研究工作的研究成果与不足,提出了性能与可靠性一体化设计(IDPaR,Integrating Design for Performance and Reliability)的研究思路.从产品发生故障的内、外因角度建立了性能与可靠性一体化设计综合模型,提出了性能可靠度的定义和计算方法.并针对典型飞控系统,给出了各类内外影响因素的具体建模方法,总结提出了性能与可靠性一体化设计算法流程和分析方法.最后以某型导弹为案例,进行性能与可靠性一体化设计技术的应用验证.      

一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计

航天器综合电子系统通用功能集成并芯片化是目前航天器电子系统的发展趋势. 针对中国航天器电子系统小型化、综合化的应用需求,提出一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计方案,分析了ASIC芯片设计中的关键技术,包括芯片系统工作模式、IP核的开发应用、可靠性和低功耗设计,1553B简易终端控制模式是芯片的技术特色和典型应用. ASIC芯片的功能设计、系统仿真验证、FPGA验证和物理设计均已完成,进入流片状态. 芯片的FPGA验证结果证明了芯片设计的有效性和可靠性. ASIC芯片旨在达到国军标548S的要求,应用场景是航天器内数据总线接口单元和遥测遥控.      

基于非概率凸模型可靠性的结构优化设计

考虑到结构系统参数的不确定性,基于提出的非概率凸模型可靠性指标的新定义,研究了在非概率凸模型可靠性约束下,结构优化设计的数学模型和求解方法.该方法通过超椭球域界定不确定参量,将结构基本不确定变量安全域的超体积与其可行域的超椭球总体积之比作为结构非概率可靠性的度量.并赋值可靠度作为约束条件,利用乘子法和阻尼牛顿法对结构的优化问题进行迭代求解,算法稳定,迭代速度快.数值算例验证了所提出方法的正确性.     

高超声速飞行器抗干扰反步滑模控制

针对存在参数不确定及外部扰动下的高超声速飞行器轨迹跟踪控制问题,研究了一种基于反步法的抗干扰滑模控制设计方法.将非线性高超声速飞行器动力学模型表达为严反馈形式分步进行设计.采用滑模控制方法进行每步的控制器设计,并提出采用扩展状态观测器（ESO,Extended State Observer）方法实现对参数不确定及外部扰动产生的内外干扰进行估计,继而在控制中补偿.扩展状态观测器能保证对干扰的估计收敛到真值附近的邻域内,从而能够保证较好的补偿效果.通过0.5°附加干扰攻角和25%的气动参数偏差下的非线性高超声速飞行器动力学模型仿真结果验证了该抗干扰滑模控制方案对内外干扰的抑制效果和闭环系统良好的跟踪性能.      

航空装备现场使用质量和可靠性信息管理软件

对航空装备现场使用质量和可靠性信息的特点进行了阐述，并介绍其软件系统的组成和功能。着重讨论系统中用外场数据估计产品可靠性参数的分析、处理方法及此系统数据库的设计     

系统工程过程中的综合设计方法

针对复杂产品,将设计作为在一定约束条件下的求解过程,基于系统工程过程的分析,提出了以"需求-功能-结构"为解空间,以"分析-综合-评价"为执行机制的系统综合设计方法,确立了系统综合设计的基本流程,并依据系统综合设计方法,建立了由集成产品与过程模型、工具管理体系构成的综合设计平台,从而为实施系统综合设计方法提供了一个统一的、集成的环境,帮助工程人员以系统的观点组织和协调产品设计活动,保证整个产品设计过程中的所有活动都是围绕系统整体开展,并以一种统一化手段完整地确定出系统的所有技术、功能要求和物理结构,保证最终系统在给定环境下的行为表现符合用户最初的期望.      

基于决策级数据融合的可靠性综合验证方法

可靠性验证试验是检验产品的可靠性水平是否达到要求而进行的试验,是一项重要的可靠性活动.价格昂贵或者可靠性水平较高的设备,按照经典的抽样方案进行试验,时间和费用几乎是不能承受的.为了解决上述实际问题,针对成功率的抽样检验方案,利用证据理论方法,研究了基于研制试验数据、可靠性评估结果和专家信息的基本可信度分配函数的构建方法,并给出了基于决策级数据融合的可靠性综合验证试验模型.同时,对可靠性综合验证模型的性质进行了讨论,确定了可靠性综合验证试验方案的存在性,并提出了方案的选取原则.模型可以广泛地利用研制信息,并可以统一给出基于不同分布类型和不同信息的可靠性综合验证试验方案.通过示例表明该方法可以利用各种研制信息,达到减少可靠性验证试验样本的目的.     

考虑耦合关系的故障模式消减方案决策

针对目前复杂产品研制过程中故障模式消减方案确定主要凭经验,未考虑故障模式之间的耦合关系问题,建立了考虑耦合关系的故障模式消减方案决策过程.首先,提出了故障模式关联集(FMCS,Failure Modes Correlation Set)的概念,并运用演绎理论给出了FMCS的确定方法.其次,根据故障模式消减后其发生概率变化,构建了不同层次产品可靠性指标受影响的模型,并以此为依据,给定面向可靠性指标实现的故障模式消减方案决策方法.最后,以某型直升机燃油系统故障模式消减为例验证了上述方法及模型的可行性,初步证明了可靠性定量指标与定性设计之间存在明确的量化关系,可通过其控制故障模式消减,达到以最少资源消耗和较短研制周期实现满足设计要求的产品的目标.上述方法及模型具有实用性,可进一步在实际工程中推广应用.     

基于Hopfield网络的飞机设计

Hopfield神经网络与增广拉格朗日乘子法相结合来求解非线性约束优化.神经网络作为求解乘子法的子问题的动力学方法,仅需计算一阶导数.引入逐渐衰减的高斯噪声信号构造随机神经网络.同时针对随机网络受初始温度制约,跳出局部极小值能力有限的问题,网络运行采用结合模拟退火的欧拉法.用该方法对某喷气教练机进行总体优化设计,结果表明,算法的数值稳定性较好,求解精度高.并基于拉氏乘子提供的约束敏度信息,做了设计要求权衡.最后研究了某型干线旅客机的机翼气动/结构综合设计问题.      

橡皮液压成形工艺的可靠性稳健优化设计方法

针对当前橡皮液压成形工艺过程中材料特性、工艺参数和其他随机因素都存在的固有波动问题,面向飞机精准制造,提出了一种考虑不确定性的可靠性稳健优化设计方法.该方法基于稳健优化设计和合理的可靠性约束,对比了可靠性稳健优化解和传统优化解相关度量指标,并对2B06-O态铝合金板材橡皮成形典型的曲弯边零件进行了工艺试验验证.结果表明该方法可有效降低质量评价指标对不确定性因素的敏感度,提高了橡皮成形工艺的稳健性和可靠性.     

基于网格的电路功能可靠性仿真系统

功能可靠性仿真是建立系统功能与可靠性一体化分析的综合仿真技术,论述了电路功能可靠性仿真系统的体系结构、功能及其实现的故障建模、故障虚拟注入、仿真器集成、故障自动判别等主要技术方法.为解决电路功能可靠性仿真系统中长仿真时间和大数据量存储的难点,提出了基于网格计算技术的体系结构,研究了仿真服务、分析服务和数据管理服务的实现方法,建立了通过网格平台向电路功能可靠性仿真系统提供虚拟计算和存储的能力,减少了系统分析所需要的仿真时间,实现了大量仿真结果数据的分布式存储.基于上述技术思想,实现了以TyrensGrid为网格平台、PSpice为仿真内核的TG-CFRS软件原型,证明了基于网格的电路功能可靠性仿真技术的有效性.     

基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法

基于模型的系统工程（MBSE）理论越来越广泛地应用于民用飞机设计与功能需求分析领域。研究起始于基于用户需求的自顶向下的民机系统产品顶层用例,辨识相关关键子用例,进一步基于对象用例展开“需求—功能分析”,构建黑盒活动图、顺序图表达实现相关飞机级需求的黑盒功能流,从而明确系统接口和辨识子系统,构建经验证可靠的可进行逻辑仿真的黑盒状态机。在黑盒功能架构的基础上驱动基于人机交互系统模型仿真的民机功能架构“正向设计”过程,对黑盒进行解白,基于建模分析和数值仿真结果,构建实现相关飞机级需求的系统功能白盒架构的“正向设计”。为充分演示上述方法,选择了对民用飞机产品安全性具有关键影响的最后进近着陆场景用例作为案例模型。研究表明,基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法充分保证了需求分析和功能架构设计的紧密结合,正向构建了以满足民机产品需求为导向的结构化系统设计方法。      

基于空基伪卫星的双星定位系统增强方案

针对"北斗"双星定位系统不能实现无源定位和精度不能满足用户需求的问题,提出了空基伪卫星增强双星定位系统的方案并研究了其中的关键技术难点——星座布局、空基伪卫星自身定位及系统时间同步问题。研究结果表明,空基伪卫星不仅可以增强双星系统实现三维无源定位,而且具有覆盖范围大、星座布局好等特点,具有广阔的应用前景。     

用于空间站的四重冗余对接控制系统设计

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗余的工作机制,包括主备机双热备份、自动/手动控制模式切换、自动控制关闭指令双线发送和工作模式的三取二判断,对四重冗余设计的具体判断流程进行了详细的解释。对控制系统软件进行仿真验证,结果表明：本方法设计的对接控制系统具有高可靠性和故障容错能力。     

卫星高功能密度综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。     

基于竞争博弈的多目标可靠性优化设计方法

针对目标权重选取的主观性问题,提出基于竞争博弈进行多目标可靠性优化设计的方法。首先,将各设计目标视为不同的博弈方,通过随机设计变量集映射（RDVSM）技术,将优化模型中的随机设计变量集分解为各博弈方所拥有的策略集;然后,各博弈方以自身收益为目标,结合性能测量方法在各自的策略集中进行单目标可靠性优化设计,并由所有的优化设计结果形成一轮博弈的策略组合;经过多轮博弈之后得博弈均衡解。压力容器和齿轮减速器2个案例的分析表明,所提方法有效避免了目标权重的选择,设计结果具有较高客观性。