对地观测DSS任务分配问题的CSP模型与算法

任务分配是对地观测分布式卫星系统(Distributed Satellites System, DSS)自主协作运行过程中的一个重要环节. 针对任务分配中的约束满足问题(Constraint Satisfaction Problem, CSP), 以DSS完成任务总耗能最少为原则, 构建了任务分配问题的CSP模型, 并引入MAS理论中的合同网协议, 给出模型的求解算法, 通过仿真算例对模型和算法进行了验证.      

机载公共设备综合管理系统任务分配算法研究

机载公共设备的综合管理是机载系统发展的必然方向,为解决机载公共设备综合管理系统中任务分配问题,进行了任务划分.根据周期任务和非周期任务对系统风险系数的贡献不同,提出了两层任务分配策略;以单机风险系数均衡为目标函数,设计了基于蚁群算法的周期任务分配算法.对蚁群算法进行了模糊自适应参数调整的改进,仿真结果表明改进算法能够有效地使蚁群算法从局部最优点中逃脱,解决任务分配问题.      

一种闭环冗余系统可重构控制方法

提出一种闭环冗余系统在线可重构控制方法,包括控制器、控制分配和故障诊断.在故障诊断算法中,首先采用有向图方法快速确定可能的故障源.对于难以隔离的故障,提出了一种在线故障定位方法.故障定位后,通过控制分配,重新分配控制律.以航天器冗余动量轮系统的故障重构为例,说明了如何在系统级角度在线定位故障,重构系统.最后,给出了冗余动量轮卫星姿态调节过程中故障重构的仿真算例.     

一种分布式异构多AUV任务分配鲁棒拍卖算法

为了解决异构多自主式水下航行器(AUV)的任务分配问题,提出了一种分布式鲁棒拍卖算法。建立了异构多AUV任务分配分布式拍卖模型,包括任务分配系统(拍卖商)的优化模型及AUV的优化模型。针对现有拍卖算法忽略拍卖商的利益,不符合市场规律的问题,引入任务奖励反馈机制,任务分配系统通过多轮试探拍卖市场,自适应地调整任务奖励,达到保证AUV效用的同时,有效降低任务分配系统成本的目的,促进了任务分配系统参与拍卖。针对水下洋流对任务分配模型产生的不确定性因素,提出了一种鲁棒优化算法对抗不确定性因素,提高了多AUV任务分配系统应对复杂水下环境的能力。仿真结果证明了所提算法的鲁棒性和有效性。      

基于改进蚁群算法的多机器人任务分配

任务分配是多机器人系统需要解决的首要问题.针对传统蚁群算法求解多机器人任务分配收敛速度慢且易陷入局部最优问题,提出了改进蚁群算法.考虑多机器人任务分配问题,建立多旅行商问题模型,采用蚁群算法优化出解空间,然后采用遗传算法中的变异算子对每个机器人执行任务的顺序进行优化,并根据模拟退火过程中Metropolis准则以一定的概率接受优化过程中较差的解.在复杂约束条件下,为解决蚁群算法收敛速度慢且易陷入局部极小问题,引入局部优化变异算子和改进模拟退火算法.仿真结果表明,改进蚁群算法可以更好的解决多机器人任务分配问题.     

基于启发式算法的可重构性指标分配

串联有约束条件下的可重构性指标分配问题,针对考虑部件故障的系统给出了可重构度的概念和计算方法,并论证了其合理性.结合最优冗余分配理论和可重构度定义给出了可重构度最大化的冗余分配模型,在此基础上提出了基于启发式算法的可重构性指标分配方法,该方法可解决约束条件内资源优化配置问题,并得到系统最大可重构度的解.直接寻查法作为以往具有代表性的最优冗余分配方法,用作系统可重构性指标分配仿真,与所提方法作比较,结果显示基于启发式算法的可重构性指标分配方法较前者有更高的有效性.     

冗余飞轮姿控系统控制分配与重构研究

针对具有多冗余执行机构的航天器姿态控制系统,给出了处理冗余的控制分配方案,该方案考虑了幅值和速度约束条件并实现了二次最优．仿真验证了分配环节的有效性,并比较了不同求解算法下的动态分配效果．针对执行机构可能出现的故障,提出了结合故障诊断与隔离系统的执行环节控制重构方法,实现了机构故障下的容错控制,通过卫星姿态跟踪控制仿真,验证了分配和重构环节与控制回路的相容性．     

基于多处理器高距离分辨力雷达算法并行实现

介绍了一个用于跟踪高速目标的基于8片ADSP-TS201 TigerSHARC处理器的实时信号处理机的并行实现.讨论了并行处理机整体结构设计,包括处理器间拓扑结构、通信、同步与控制等.实现并行系统的一个关键是将应用问题优化映射到目标处理机硬件的各个并行部件中,文中在考虑算法复杂度、可分解度、并行度的同时,综合处理机平台处理能力、实时性、处理器间通信量及运算负载的平衡性等因素,实现了算法流程到硬件平台的高效映射.在此基础上,重点研究了系统级、运算级和指令级的并行流水线设计方法,分析了利用SIMD(Single Instruction Multiple Data),静态超标量,BTB(Branch Target Buffer)等并行结构和处理机制对并行汇编指令进行高效的优化.实际的校飞试验验证了该处理机设计与实现方法的有效性、实时性和可靠性.      

卫星反作用飞轮总线化驱动及可重构性

通过研究卫星反作用飞轮的总线化伺服驱动及其系统重构问题,构建了可靠的无刷直流电动机功率驱动主回路,研制了可以采样三相绕组电流的磁感应式传感器及泵生电压自动抑制电路。对普通的M/T测速算法进行了改进,并仅以两组相互备份的六个位置传感器完成了数字转速测量和换相控制。规划了现场总线协议,设计了总线式的全数字化飞轮力矩/速度双模式伺服驱动器的知识产权内核及系统级专用芯片,构造了冗余型可重构控制器,提出了多种重构方案以及相应的实现算法。在现场可编程门阵列工艺中最终实现了飞轮的片上伺服系统;测试结果表明,该系统在整个四象限区域内均具有良好的动态和静态运行性能。     

Ad Hoc网络中一种新的能量优化多播路由算法

探讨了Ad Hoc网络中能量优化的多播路由问题.在一次多播会话中节点功率不变的假设前提下,分析了NJT(Node-Join-Tree)算法,针对NJT算法所生成的多播树中可能存在冗余发送节点的问题,提出了一种新的能量优化多播路由算法——RMT(Refine-Multi-cast-Tree)算法,给出了RMT算法的复杂性分析,并设计了RMT算法的分布式实现方案.RMT算法在已有多播树中进行本地搜索,寻找是否存在冗余的发送节点,若存在冗余发送节点则将其从多播树发送节点集合中删除,重构多播树,从而达到减少多播树能量消耗的目的,生成能量更优的多播树.仿真实验表明RMT算法性能优于NJT算法.     

机载机电设备综合控制管理系统任务分配研究

利用分布式处理机及网络技术对机载机电设备进行综合控制管理是机载机电设备发展的一大趋势,其中如何分配机载机电系统的控制管理任务,使系统风险均衡,达到提高系统可靠性、安全性的目的是综合控管课题的关键技术之一,其实质上是一个优化组合问题.本文针对该问题,提出了适用于机载机电设备综合控管系统的任务分配准则和目标函数,利用遗传算法,寻求任务分配的最优策略,达到了较好的效果.      

Online scheduling of distributed Earth observation satellite system under rigid communication constraints

This paper focused on online scheduling of distributed Earth observation satellite system in a dynamic environment. The objective was to maximize the total profit of the overall system by efficiently coordinating the different satellites with stochastic arrival of urgent tasks, subject to rigid communication and observation time window constraints. We formulated this problem as a single-task, single-robot, time-extended assignment problem with intra-schedule dependency using the multi-robot task assignment taxonomy and formulated the sub-problem after releasing urgent tasks in a mixed-integer linear programming model. We first described the online scheduling algorithm for a single satellite, then we proposed the modified consensus-based bundle algorithm (m-CBBA) and modified asynchronous consensus-based bundle algorithm (m-ACBBA) with synchronous and asynchronous communication, respectively. Compared with initial versions of CBBA and ACBBA, the modified versions added the communication loop prediction phases to efficiently utilize scarce communication opportunities and reduce the communication requirements. Additionally, we introduce two contract net protocol (CNP)-based algorithms for comparison, respectively SingleItem-CNP-based (SI-CNP) algorithm and Batch-CNP-based (BA-CNP) algorithm. Computational experiments indicated that both the total profit and percentage of scheduled urgent tasks achieved by the m-ACBBA and m-CBBA algorithms were much higher than those achieved by both SI-CNP and BA-CNP. Additionally, the number of communications needed by either m-ACBBA or m-CBBA algorithm was lower than that by SI-CNP. When the communication cost in the system is high, the m-CBBA algorithm is preferred because it balances the profit and the required number of communications. When the communication cost is low, the m-ACBBA algorithm is preferred because it achieves high total profit and high percentage of scheduled urgent tasks.     

复杂系统的选择性维修模型和求解算法

考虑不修、最小维修、换件维修和多中间维修水平,提出了一种基于粒子群优化（PSO）算法和多员维修的复杂系统选择性维修模型,将组件维修前状态、组件有效役龄和维修费用等因素引入不完全维修模型,更符合工程实际。提出了一种基于多员维修的系统组件维修分配算法,解决了如何将多维修任务分配给多维修人员,使得系统维修时间最小的问题,并将所提算法引入到PSO算法中,求解考虑多维修人员和不完全维修条件的复杂系统选择性维修模型。案例表明:所提模型和求解算法有效,能够为复杂系统提供切实有效的维修决策方案。      

分布式武器目标分配中的实时截止期分配

在分布式武器对目标的协同拦截中,作战任务往往被划分为多个子任务,为了保证任务的实时性,针对分布式武器对目标的协同拦截问题建立实时任务模型,运用分布式实时系统中的截止期分配技术,把全局作战任务的截止期转化为其包含的各子任务的截止期.建立了任务调度模型和仿真模型,对分配有截止期的子任务实施仿真调度,研究了在一定武器数量情况下,不同来袭目标数量和武器节点上本地负载所占不同比例时,各截止期分配方法保障任务实时性和完成率的能力,可为实时条件下的分布式任务协作研究提供参考.     

被动冗余度空间机器人动力学控制

研究了被动冗余度空间站机器人的动力学控制问题，包括非完整系统的运动规划，渐进稳定的动力学控制规律；在动力学控制中，利用被动冗余度机器人“非完整自运动”的运动学优化方法完成机器人的动力学控制，构造的动力学闭环控制律保证机器人运动过程中末端跟踪期望的运动轨迹，通过三连杆空间站机器人模型进行了仿真，结果证明了得到的结论。     

基于μ分析的鲁棒特征结构配置飞行控制律设计

针对特征结构配置应用于飞行控制律设计鲁棒性较差的问题,提出了一种新的鲁棒特征结构配置方法.该方法结合参数化特征结构配置与μ分析,把鲁棒特征结构配置问题转化为包含系统全部自由参数的带约束条件的非线性优化问题.根据飞行控制律特点,提出分步优化策略解决鲁棒特征结构配置多变量优化问题,以降低问题复杂度,同时采用等值分布曲线直观描述优化指标随设计参数变化规律.该方法利用系统全部自由度提高系统鲁棒性,并对自由参数施加约束条件以保证标称闭环系统性能.仿真表明该方法能满足一级飞行品质要求,提高系统鲁棒性,减小保守性.     

飞机防滑控制系统的分布式实时仿真

 首先对飞机防滑刹车系统的工作原理进行了较为详细的分析,并建立了系统的数学模型.在此基础上,采用分布式实时仿真系统对系统进行了仿真研究,给出了分布式实时仿真系统的结构方案,讨论了仿真算法、仿真步长的选取等问题.并对某飞机防滑刹车系统在干跑道、湿跑道2种情况下的仿真结果进行了分析.经实验验证,该分布式实时仿真系统具有实时性好,处理能力强等优点.     

分布式飞行器测控数据实时解析系统设计研究

传统飞行器测控数据解析系统无法同时满足数据解析的实时性和完整性要求。针对此问题,研究了一种分布式飞行器测控数据实时解析系统,分布式系统由多个处理机耦合,具有资源共享、高可靠性,可进行高速并行计算等优点,满足了数据解析的实时性和完整性的要求,并通过了试验验证。     

多表冗余惯导数据融合算法及在自对准中的应用

针对多表冗余惯导系统的自对准问题，基于某型三正交两斜置冗余的十表惯导系统，对仪表数据融合算法进行了研究。通过分析和仿真验证了最小二乘估计的数据融合算法在提高系统自对准精度中的有效性，并在静态对准试验的基础上，构造了基于仪表零偏稳定性的加权矩阵。试验结果表明:相较于只使用正交仪表的数据，数据融合可以有效提高系统自对准精度，使斜置冗余仪表的数据得到充分利用，改进算法精度比马尔可夫估计有所提高。