航天器模块划分数值优化方法

对航天器模块划分主要依靠经验和定性方法的问题,构建了一种通用的模块划分数值优化方法。利用功能分解方法、相关性评价准则、设计矩阵与设计结构矩阵（DesignStructureMatrix,DSM）同步演化的机制获得了基于功能元的数值DSM;基于DSM构建了遵循公理化设计原理的通用优化模型;利用遗传 模拟退火算法获得了可对模块划分方式及数目进行同步优化的模块划分方法;给出了不同于优化目标的评价方法。仿真结果表明,该方法可将航天器划分为一系列内聚度高、耦合度低的模块。     

基于鲁棒控制的光纤电流互感器的噪声抑制

光纤电流互感器是一类存在模型参数不确定性的系统,为提高系统测量精度,利用鲁棒控制理论提出了系统的鲁棒H_∞控制器设计方案.分析系统的检测原理并建立数学模型.针对光纤电流互感器系统给出控制器设计指标,使得闭环系统渐近稳定且提高系统噪声抑制能力.理论证明控制器设计方案满足设计指标的要求,并利用线性矩阵不等式的可行解给出了控制器的构造方法.最后通过计算机仿真和实验结果证明了此控制器设计方案的可行性和有效性.     

考虑系统不确定性的高超声速飞行器容错控制

针对一类含有执行器失效故障和范数有界不确定性的系统,提出了一种鲁棒容错跟踪控制设计方法。该方法利用有界实引理,给出了保证闭环系统稳定且满足鲁棒性能要求的线性矩阵不等式（LMI）的表达式;为了削弱控制器的保守性,使用不同的Lyapunov变量对应不同的系统状态;由此带来的非凸优化问题,发展了一种迭代线性矩阵不等式算法。考虑到该迭代算法的收敛性取决于初值的选择,经过推导给出了一种求解合适初值的算法。将该算法应用于高超声速飞行器X-33跟踪控制器的设计,仿真结果表明本文算法是可行和有效的。      

基于过程建模的项目进度计划方法

为了降低大型项目进度计划的复杂性,提出一种基于过程建模的项目进度计划方法.首先分析过程模型与项目进度计划之间的内在联系,给出VPML过程模型和甘特图的概念对应关系,为过程模型与项目进度计划的自动转换提供基本规则.特别针对大型项目中常见的"返工"现象,提出一种循环活动的线性化算法.该算法通过引入学习曲线的概念,模拟时间成本在重复工作中呈现出的学习效应,使时间进度的估算值更贴近真实情况.      

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.     

概念设计集成系统与星座方案探索

进一步研究了快速方案选择和概念设计新方法.结合概念设计过程,给出星座方案选择和卫星概念设计的基本模型,在方案探索和概念设计中集成了风险和不确定性分析;应用系统综合设计优化平台(SDOF)开发卫星星座概念设计集成系统,实现卫星星座方案探索优选;集成系统交互、演进、分布式协同设计,可自动运行优化过程,同时可监视和控制设计任务单元运行状况,优化完成后用户可定制设计报告内容和格式;最后介绍了对地观测卫星星座概念设计实例,采用多岛遗传算法进行优化,初步验证了该系统在技术原理上的可行性.      

单侧大帆板卫星对日姿态轨迹优化及跟踪控制

为了减小单侧大帆板卫星长时间对日巡航模式下气动力矩和引力梯度力矩所造成的三轴角动量积累,对该卫星进行对日姿态轨迹优化及跟踪控制研究.建立单侧大帆板卫星的动力学模型和运动学模型;利用高斯伪谱法得到使三轴角动量积累最小的期望姿态轨迹;为使卫星在惯量矩阵不确定和未知干扰力矩的影响下能够跟踪期望姿态轨迹,设计了自适应滑模控制律.该控制律利用自适应律对控制增益进行调节,无需事先确定系统不确定性的上界.仿真结果表明：所设计的控制律能够实现卫星的对日姿态跟踪;相比常用的对日基准坐标系,优化得到的姿态轨迹能够明显减少卫星三轴角动量的积累.     

复杂工程系统综合设计优化环境

建立了系统整合、流程统一、参数优化、协同设计的综合设计优化环境.通过 分析复杂工程系统的特点,建立了具有高可扩展性的多层体系架构.阐述了组成该环境的4 个关键模块:项目组织与管理模块,保证项目进度和质量;以设计结构矩阵为表达形式、以 工作流参考模型为运行机制的过程建模与执行模块,提供跨部门的任务流转;基于组件技术 ,实现人员、数据和工具在网络上紧密集成的设计任务单元模块,为系统设计提供简洁一致 的任务模型;以产品数据管理(PDM,Product Data Management)为信息基础结构的产品数 据模型,提供单一数据源.最后给出了技术实现和运行机制.该环境的原型系统已成功地经 过了气动、结构、控制和总体设计等领域的设计与优化技术测试试验.      

火星探测直接转移轨道精确求解研究

针对火星探测直接转移轨道精确求解问题, 提出了一种快速微分修正算法. 基于二体模型建立控制参数和目标参数偏差关系的数学模型, 并由此求解系统的偏导数矩阵; 采用B平面参数作为中间变量, 对算法进行两层迭代设计, 有效地减少了求解过程中的积分运算次数. 以2018年火星探测机会为例对算法进行了验证, 仿真结果表明, 利用圆锥曲线拼接法得到的轨道初值, 求解一条标准轨道只需6~9次积分迭代. 通过STK对计算结果进行了对比和验证.     

基于双层协方差矩阵重构的稳健波束形成算法

针对协方差矩阵含目标信号分量及目标导向矢量失配情况下，传统自适应波束形成器性能急剧下降的问题，提出了干扰加噪声协方差矩阵双层重构的稳健波束形成算法。首先，利用稀疏重构的方法预估干扰加噪声协方差矩阵，通过估计干扰导向矢量及干扰功率对干扰加噪声协方差矩阵进行优化校正；然后，基于子空间理论建立导向矢量约束误差优化模型，利用迭代方法对凸优化模型进行求解，得到最优权值向量。仿真结果表明:所提算法显著提高了波束形成器在目标导向矢量约束误差及阵列误差情况下的稳健性，低快拍条件下表现较好，输出性能优于仿真对比算法。      

基于知识模型的产品设计方案失效风险评估

考虑失效模式间的关联性,提出了一种基于知识模型的机械产品设计方案失效风险评估与优选方法.该方法使用数据聚类法鉴别失效模式的主要关联关系,给出了失效模式关联系数的计算方法,实现了对失效模式关联知识的有效获取;并在产品"功能—失效模式—失效风险"知识表示的基础上,通过二维"屋顶"形三角阵和三维立方阵实现了对失效模式关联系数的表达,建立了产品"功能—失效模式—失效风险—模式关联"知识模型.在知识模型的支持下,研究了加权线性合成的关联失效模式严重度评估方法,给出了失效模式和产品功能的风险优先数计算方法,实现了基于知识的机械产品设计方案失效风险评估过程与优选.最后,通过实例说明了上述方法的有效性.      

精确动力学模型中的行星引力辅助轨道设计

轨道设计分为初步设计和精确模型迭代两步,初步设计基于等效脉冲模型,用圆锥曲线拼接法确定时间窗口和引力辅助产生的速度脉冲。精确模型中引力辅助看作是一个连续的过程,将简化模型得到的引力辅助双曲线轨道化为行星心目标B平面参数,以地心逃逸速度作为设计变量,通过微分修正的方法进行求解。通过算例对比分析了简化模型和精确模型设计结果之间的关系,结果表明,引力辅助脉冲等效模型精度较好。     

一种组合导航系统快速滤波方法及半物理仿真

在利用卡尔曼滤波器对数据进行处理时,协方差矩阵的预报运算过程需要的计算量最大,每一步迭代的计算量与n3(n为状态矢量维数)成正比,约占整个卡尔曼滤波过程70%的CPU时间.协方差阵预报计算过程中,数据输入输出所需要的传递工作量也最大.由于微小型飞行器导航系统采用小体积、低功耗、低成本的微处理器作为导航计算机,为了保证导航实时性的要求,提出了一种降维滤波器加矩阵外积法的快速滤波方法来减少MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)/GPS(Global Positioning System)/MMC(Micro Magnetic Compass)组合导航滤波算法的计算量,以提高算法的实时性.半物理仿真试验结果表明:此种算法不仅可以提供较为满意的导航精度,而且大大减小了计算量,提高了系统的实时性.      

基于高效搜索方法的可靠性分析改进响应面法

针对结构可靠性计算中广泛应用的响应面法计算量大、迭代效率低等问题,提出了一种基于样本点混合加权和可靠性指标变向搜索的改进响应面法。首先,在传统响应面法的权数选取策略基础上,构建一种考虑样本点与设计点距离和样本点极限状态函数值大小的混合加权方法。然后,对每次响应面迭代求解过程中,由于传统一次二阶矩方法求解效率低等问题,基于变向搜索算法,实现对每一次响应面迭代过程中设计点的有效搜索。算例表明,在一定的计算精度下,所提方法具有很好的收敛性,且大幅减少迭代次数,可以获取高精度的最大失效点和可靠性指标。      

需求产品成本分析方法

确定需求产品的成本,有利于产品的市场定位,鼓励设计者进行面向成本的设计.研究了如何在产品的需求设计阶段估算其成本,提出了基于需求成本特征的需求产品成本分析方法.这种方法考虑了产品全生命周期的所有成本,通过需求成本特征分解结构,能方便的对产品成本范畴进行扩展,实现成本组件的重用.采用该方法可以辅助企业进行决策分析,以在激烈的市场竞争中取得优势.     

基于UR-MTPGERT网络模型的复杂装备风险传导分析

针对复杂装备风险传导关系描述不清晰的问题,构建了风险传导不确定随机多传递参量图形评审技术（UR-MTPGERT）网络模型。首先,基于机会理论,定义了不确定随机变量的矩母函数,并在此基础上构建了UR-MTPGERT网络模型。其次,为刻画复杂装备的微观风险信息,在模型中引入系统风险度、风险元重要度、风险路径关联度等解析参数。然后,求解矩母函数时,采用德尔菲法处理专家经验数据,得到经验不确定分布,并利用极大熵模型处理随机数据,得到概率密度函数;引入矩阵分析技术,解决了网络拓扑分析困难的问题,在此基础上计算网络参数。最后,对某型飞机进行安全性分析,结果表明,该模型能清晰反映风险元间的关系,可以为复杂装备的风险分析、预判和安全控制提供借鉴。      

参数化产品族递进式优化设计方法

基于产品平台技术,提出了基于混合进化算法的参数化产品族递进式优化设计方法.建立了参数化产品族的递进式优化设计流程,提出改进的强度Pareto进化算法(SPEA2+)与非支配排序遗传算法(NSGA-II)相结合的多目标混合进化算法对参数化产品族设计问题进行优化,混合进化算法使用了两类种群进行求解,解决了同步进化带来的数据扰动问题.在参数化产品族递进式优化设计过程中,首先优化产品族设计平台,建立参数化产品族设计问题的多目标优化数学模型,通过产品设计参数的敏感度分析和变差指数计算,划分产品平台的设计常量和设计变量,形成稳健的产品平台来获得最优参数.然后对产品族中实例产品的多个性能进行优化,在已有的产品平台基础上,优化设计变量的取值.最后,以电动机产品族的递进式优化设计过程为例证明了该方法的有效性和适用性.      

用区间牛顿法跟踪结构的后屈曲路径

结构后屈曲分析传统上都是采用弧长控制法来处理.考虑到区间牛顿法求解非线性方程组的全局收敛性质,本文建议将这种方法用于跟踪结构后屈曲平衡路径.文内建立了将区间牛顿法用于有限元控制方程的增量求解迭代格式.在低载荷水平下,为减少迭代次数采用了小区间半径.当时间步接近临界点时,方法可以自动搜索出屈曲前和屈曲后的2个平衡构形,然后在屈曲后构形基础上跟踪临界点后的路径,这样就可以避免在临界载荷处由于刚度矩阵奇异而使迭代不能继续的数值困难.典型的数值算例证实了新方法的有效性,同时也表明算法能毫不费力地处理所谓"位移回弹"(snap-back)问题.