多级协同项目执行中的资源冲突检测与管理

以航空航天型号工程项目为背景,针对多级协同项目中的资源冲突问题,利用基于时间约束网络的冲突检测算法实现了多级协同项目中的资源冲突检测,该算法建立了任务关系的时间约束网络模型,给出了基于模型的线性化、实例化方法和检测判据.针对资源冲突的检测结果表达及冲突信息的管理提出多视图表达方式,建立了基于UML的信息模型.基于研究结果设计开发了项目资源管理原型系统,以某航天项目任务的管理为例进行了验证,表明了研究结果的有效性.      

一种扩展的随机DAG模型

针对并行程序结构产生任务计算量和通信量随机性的情况,提出了一种扩展的随机DAG(Directed Acyclic Graph)模型,同时考虑了计算环境异构性和并行程序结构带来的计算时间和通信时间偏移量;基于此扩展的随机DAG,给出了DAG中节点的EST(Earliest Start Time)和偏移量的计算方法,以标准方差和平均值的和的数学期望来表示;最后,给出了基于扩展随机DAG的并行程序建模方法,通过计算实例验证了该扩展的合理性.实验结果表明,通过优化并行程序结构,可以提高并行程序的执行效率,并且更好地实现并行计算负载平衡.      

面向开发过程的产品结构形式化建模

为满足开发过程产品结构数据的动态结构配置、动态任务协作、动态目标求解、动态状态跟踪等应用需要,在对开发过程产品结构属性及其相互关系进行分析的基础上,提出了一种面向开发过程应用的产品结构形式化模型.结合产品开发活动的时域行为特征,给出了产品结构的时域定义,并以此为基础构建了产品结构模型的时域扩展定义.通过分析产品状态与开发任务时域行为的映射关系,在产品结构时域扩展定义的基础上,提出了基于时间截面的开发过程产品结构状态追踪方案及算法,并通过模拟产品对象在开发过程中的状态变迁过程,验证了模型及相关应用方案的实用性和有效性.      

FC互连的可靠性建模

对于光纤通道 (FC)互连的可靠性计算问题,从FC的基本模型出发,提出了基于任务的系统可靠性分析方法,建立了FC互连系统的可靠性模型,并给出了系统可靠度矩阵的表达形式.针对FC互连3种基本拓扑结构:点到点、仲裁环和交换网络,根据可靠性模型直接给出了表达式;针对FC组合拓扑结构连通性的特点,在可靠性模型中引入桥端口的概念,给出了组合拓扑结构互连可靠性模型的表示方法;针对FC协议中的交换网络和仲裁环组合拓扑结构互连给出了建模实例,通过分析桥端口对任务路径的影响,得到了桥端口对于FC互连可靠性影响最大的结论.基于任务的可靠性建模和计算方法在航电系统设计阶段对于任务划分和拓扑选择都将起到指导作用.     

固定时间收敛的三维制导控制一体化设计

针对终端角度约束、状态约束和控制受限问题,在三维空间内,提出一种固定时间收敛的导弹制导控制一体化设计方法。构建了带终端角度约束的制导控制系统三通道全耦合设计模型,采用固定时间收敛的滑模干扰观测器对一体化设计模型中的未知干扰进行估计和补偿。基于固定时间稳定性理论、终端滑模控制和反演控制方法等对制导控制系统进行一体化设计,并采用二阶指令滤波器对系统状态及控制指令进行约束。对所提方法的固定时间收敛特性进行证明,并给出具体的收敛时间表达式。通过导弹六自由度仿真,验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于MPSC和CPN制导方法的协同制导律

针对带有末端攻击角度约束的多导弹协同制导问题,运用模型预测扩展控制（MPSC）和协同比例制导（CPN）,设计了一种满足末端攻击角度约束的多导弹协同次优制导律。阐述了MPSC制导方法的基本理论,详细给出了控制量表达式以二次形式近似时MPSC制导律的设计过程。采用CPN对MPSC制导方法的初始控制量进行猜测,并确定协同攻击时间。仿真时考虑两枚导弹对地面静止目标进行协同攻击。仿真结果表明,两枚导弹攻击时间偏差和末端攻击角度偏差均可控制在给定范围内,即本文所设计的制导律在实现多导弹协同攻击时,还可以很好地满足末端攻击角度约束。      

面向领域的仿真设计建模工具SIMDEMO

讨论了面向领域的仿真设计建模工具SIMDEMO的设计和实现.基于透明性、正交性、层次性的视图分解原理,对处于不同阶段、面向不同用户、涉及不同方面的系统模型采用多视图进行分解,建立了以多视图为核心理念的系统协同建模方法,给出了该建模方法下建模所需遵循的过程指导.针对领域模型描述、表示以及操作等多个方面对工具重构的需求,研究得到了基于元对象反射模型的工具架构;架构具有良好适应性,使得工具重构更灵活、简捷.对SIMDEMO的功能结构进行了简介,给出了系统实现方案.最后,将SIMDEMO与典型同类工具作了比较.     

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.      

三维点阵结构等效热分析与优化方法

为了实现三维点阵结构高效、准确的热传导分析,基于热力学原理,推导了点阵结构的热传导等效计算公式,提出了热传导等效分析模型的建模方法。运用等效建模方法,建立了点阵结构的等效有限元模型,通过对比非等效有限元模型的计算结果,证明了等效有限元模型热传导分析的高效性与准确性。针对功能与性能要求下的点阵结构优化设计问题,结合所提出的热传导等效分析方法给出了点阵结构优化方法并建立优化数学模型,利用混合整数序列二次规划（MISQP）算法进行迭代计算,得到了最优设计方案,使点阵结构在满足均热性能约束的同时质量得到了降低。      

电磁航天器编队位置跟踪自适应协同控制

通过引入一致性理论针对电磁航天器编队相对位置协同控制问题设计了自适应协同控制器。分析了电磁航天器编队的基本原理,建立了电磁航天器编队相对运动精确的非线性动力学方程。基于电磁力远场计算模型的不确定性,对相对运动动力学模型进行了修正。在电磁力计算模型不确定和航天器间存在通信时延的条件下,对位置跟踪控制的目标设计了自适应协同控制器。考虑到电磁航天器磁矩产生能力的不同,给出了通过优化进行磁矩分配的方案。通过仿真表明:所设计的自适应协同控制器不仅实现了对期望轨迹的准确跟踪,而且相比人工势函数法,暂态维持编队构型的能力提高了4.9倍,并且所给出的磁矩分配方案实现了磁矩的合理分配。     

CFE方法在导弹发射动力学建模中的应用

在传统的发射动力学微分方程基础上,添加了CFE(Constraint Force Equation)方法中的约束方程和自由度方程,建立了基于CFE方法的导弹发射动力学模型.以倾斜发射导弹系统为研究对象,定义了1个二自由度约束节点来描述导弹与发射架间的约束关系,通过建模计算得到了发射过程的约束力和约束力矩,最后利用软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)对该算例进行了计算,取得了一致的结果,从而验证了该方法在导弹发射动力学建模中应用的有效性,扩大了该方法的应用范围.     

领域分析与建模研究

基于信息论通信系统原始模型构造了由信码、动作和目标刻画的三维领域概念模型,给出了领域的精确定义.提出用于构造任意构件的基本单元--微构件模型,并在领域三维模型的信码-动作平面给出微构件的精确刻画.提出了基于软总线的一般领域构架建模方法.软总线支持构架内信息流与控制流的混合结构传输,支持把协作策略从功能服务中分类出来,简化领域构架的控制操作行为.以上方法应用于电子政务领域工程实践,已成功地构造了一个柔性软件生产平台(SoftProLine),用于开发一整套基层政府的电子政务应用软件系统,突出地体现了高质量、高效率、高柔性的技术特点,方便灵活地满足用户全方位的需求.     

综合化航空电子分区隔离的建模与设计方法

分区技术是航空电子系统综合化模块化发展中不可缺少的技术.针对航空电子系统安全关键性的要求,基于ARINC653标准,提出了分层分区的体系结构模型,该模型实现了不同安全关键级别应用软件之间的隔离.为了满足航空电子系统强实时可预测性的约束,双层分区模型中系统层采用轮转调度策略,区间层采用单调速率调度策略.然后对分区任务进行可调度分析,在充分保证航空电子系统强实时的前提下,提出了分区关键参数的设计方法,并推导了最坏情况下的系统可调度利用率.计算机仿真结果表明,该方法在保证实时性的同时,能支持更多的系统负载,具有优越性.      

一种考虑过滤的短纤维增强复合材料RVE建模方法

代表性体积单元（RVE）法是短纤维增强复合材料性能预测的常用方法,其RVE生成效率是预测效率的重要影响因素。针对现有的随机顺序吸附（RSA）方法生成RVE时,布尔运算次数多、效率低的问题,通过在布尔运算前加入对纤维形心距的判断,过滤掉一部分随机生成的且与已有纤维相交的纤维,以减少布尔运算次数,提出了一种考虑过滤的随机顺序吸附（FRSA）方法。通过将改进后的FRSA方法在不同RVE参数和方法参数下生成RVE所需布尔运算次数和所需时间与基于布尔运算的随机顺序吸附（BORSA）方法进行比较,证明了FRSA方法的先进性。      

基于FFS故障行为模型的等效故障注入方法

针对测试性验证试验中部分故障模式不可注入,或注入后易导致装备出现不可修复的损坏等问题,提出了基于“故障模式-功能-状态”（FFS）故障行为模型的等效故障注入方法。首先,对FFS总体建模思路进行了描述,提出将“功能”作为基本建模要素,在分析装备自身多元建模信息的基础上,建立了故障行为模型。其次,对各相关矩阵和行为状态向量进行了定义,研究了故障模式、功能、状态间的不确定信息表征方法,提出了故障模式-状态相关矩阵的求解方法。最后,给出了等效故障模式的定义和基于FFS故障行为模型的等效故障注入流程。将所提方法应用于某装备发射控制系统,结果表明,所提方法能够实现等效故障注入,故障注入率提高约16.7%。      

大型飞机起落架收放控制系统仿真

起落架收放控制系统设计需考虑多种约束条件和影响因素,系统仿真平台的使用是辅助系统设计的重要手段.基于流体系统仿真软件Flowmaster,建立了大型飞机起落架收放控制系统液压附件仿真模型,在此基础上构建了完整收放控制系统仿真模型.基于建立的系统仿真模型,进行了正常飞行状态下起落架收上过程仿真分析,仿真结果给出了液压作动器尺寸设计对收放过程中系统入口压力需求、系统液压流量及起落架收放时间的影响.该仿真方法可用于起落架收放控制系统初步设计及多种飞行状态下设计方案的校核.     

飞行器动力学虚拟样机技术研究

动力学虚拟原型样机的开发有许多关键技术,如:高等级建模粒度、实时的运行框架、规范的数据结构和共享的仿真资源等等.通过对动力学虚拟样机进行初步研究,提出了一个支持复杂动力学虚拟样机系统的设计/开发/集成环境,并对基于运行时间框架RTI(Run Time Infrastructure)的协同仿真环境做了较深入探讨,提出利用数据网关技术解决实时性能高的仿真子网与协同仿真主干网的互联问题,并总结了动力学虚拟样机的特点和关键技术.      

基于遗传算法的飞行管理系统余度配置优化方法

余度设计是飞行管理系统研制过程中提升其安全性的主要手段之一。针对余度设计受制造预算(经济性)与使用阶段维修保障资源消耗(可靠性)的制约问题,基于飞行管理系统的安全性、基本可靠性及经济性数学模型,利用改进后适用于整数优化的遗传算法,提出了一种以安全性为目标、基本可靠性与经济性为约束的余度配置优化方法,并以实例说明其适用于较为复杂系统的余度配置优化。经过敏感性分析发现,安全性指标最优值随着基本可靠性约束下限的提高而降低,随着经济性约束上限的增加而增加。2种约束条件对优化目标竞争约束,在同一时刻只有1种约束条件起主要约束作用。     

一种星载计算机秒中断间隔可控的校时方法

传统的星载计算机时间维护主要由软件实现，为了避免校时过程中秒中断间隔过小或过大，软件需要通过复杂的逻辑和算法对外部计时器Intel 82C54芯片进行多次操作才能实现一次校时，较容易出错，且占用CPU机时较多。随着未来航天器智能处理的任务越来越多，CPU机时越来越紧张，为了将CPU从繁琐的校时操作中解放，提出了一种基于FPGA的秒中断间隔可控的校时方法。通过FPGA逻辑电路设计星时计时器，利用秒中断间隔约束条件设计校时触发条件，当满足校时触发条件时，FPGA逻辑电路自动实现校时操作，很好地解决了校时过程中秒中断间隔过大或过小的问题，节约了CPU机时。该校时方法已在多台星载计算机上应用，取得了较好的效果。