模块化可重构卫星在轨自重构的分层规划

模块化可重构卫星具有组织灵活、操作方便、适应性强等特点，可以有效降低卫星研制和发射成本、提高卫星对紧急任务的响应速度、延长卫星寿命。重构规划问题对模块的具体移动方式进行求解，是实现自重构需要解决的核心问题之一。针对同构式旋转立方结构，给出其离散运动模型，推导出运动空间求解算法。为降低重构规划问题的不确定性和复杂程度，采用分层规划策略，将规划任务分解为设计中间构型的上层规划和求解实现中间构型移动方式的下层规划，每层规划内部独立进行求解。设计了利用Kuhn-Munkres算法实现上层规划的重构规划算法，使中间构型具有较小的结构跨度，特别适合在轨自重构的重构规划问题求解。仿真结果表明了所提规划策略和所设计规划算法的可行性和有效性。     

空间多机器人协同的多视线仅测角相对导航

研究了空间多机器人对非合作目标的多视线协同仅测角相对导航问题。为利用多视线信息融合提升仅测角相对导航性能,给出了一种可观测度优化的多视线仅测角相对导航方法。首先基于二阶CW方程构建了中心机器人与目标相对动力学模型和状态方程,并构建了仅包含多伴飞机器人视线角的观测方程,结合扩展卡尔曼滤波算法,形成多视线仅测角相对导航系统;然后分析推导得到可观度最优的视线间夹角条件,提出了兼顾可观测度和长期自然维持的多伴飞机器人观测构型优化方法;最后,数学仿真结果表明,提出的多视线仅测角相对导航系统、可观测度最优的视线夹角条件和观测构型优化方法,可以显著提高距离状态可观测度和估计性能,且具有较好的工程可用性。     

模块化轮腿式月面机器人方案设计

针对传统月面轮腿式机器人受限于结构及尺寸的问题,引入模块化设计观点,基于图论理论建立了机器人构型与模块之间的数学关系。以直线运动车身动态平稳度为评价标准,通过机器人足式运动学分析,以直线型与环形六支链轮腿式月面机器人为例,进行了机器人构型设计。仿真结果表明,直线型构型机器人在足式直线运动步态下更加平稳,可作为模块化可重构轮腿式月面机器人的设计参考。     

可重构模块化机器人系统的试验研究

通过实际的功能模块装配成了一个3自由度的串联可重构模块化机器人,用计算机控制系统来验证所提出的建立可重构模块化机器人模块库理论方案的可行性,并同时验证建立的可重构模块化机器人正运动学和逆运动学数学模型的正确性.     

基于模块的飞机产品结构管理研究

飞机研发是一项大型的系统性工程,传统的飞机产品结构由于零组件数据集包含有二维图纸、三维模型、临时更改单等大量文档且更改较频繁,同时制造、维修等部门在工程数据重构中存在工作量大和转换易脱节等特点,导致产品数据管理异常复杂和困难,效率也较低。为了简化飞机产品结构管理方式,在借鉴国际主流飞机制造商经验的基础上,通过结合模块化理论和全三维设计手段。以某一型号的民用飞机为例,重点从产品结构的组织模式、数据集的构成、产品数据的更改规则对该管理方案进行了阐述。从而保证了构型数据管理的便捷性和准确性,也符合未来飞机产品研发全数字化的发展方向。     

模块化可重构无人机机翼结构优化方法研究

模块化可重构无人机设计工况复杂、约束多样,需要根据不同设计思想的特点研究适用的优化方法才能得到最优方案。本文开展针对多模型的同步优化方法研究,给出不同构型机翼翼根弯矩约束方法,提出多构型机翼结构前后梁弯矩比例约束下的同步优化技术,并以某模块化可重构无人机机翼为对象进行应用验证。结果表明：与文献中模块化机翼优化结果相比,本文多构型机翼结构同步优化方法在解决整机翼更换的模块化可重构机翼结构优化问题时具有很高的适用性和收敛性,以及广阔的工程推广价值。     

一种基于信息一致性的卫星编队协同控制策略

提出一种基于信息一致性的分布式协同控制策略,实现了卫星编队的构型建立、保持与整体机动。首先根据编队各星的初始相对状态,应用一阶一致性算法,协商估计出编队整体系统基准参考点的相对状态;再根据编队整体系统模型预测方程,以凸优化方法规划出期望重构机动路径;之后设计了基于二阶一致性算法的反馈协同控制律,使各星彼此协同地跟踪期望路径与构型、整体机动参考信息,并证明了系统的稳定性。仿真结果表明:只要在基准参考点一致性估计过程中信息拓扑图中存在最大生成树,该策略就能实现卫星编队的协同机动;反馈协同控制律能有效消除相对初始状态误差与地球非球形摄动J2项引起的各星状态偏离,并具有较好的容错性;与传统方法相比,本文方法在燃料消耗总量与均衡性方面均有所改善,且在构型快速建立或重构时,燃料消耗总量方面优势较为明显。     

基于改进Q学习的IMA系统重构蓝图生成方法

重构蓝图定义了故障状态下系统软硬件资源的重新配置方案,是实现综合模块化航空电子系统重构容错的关键。提出了一种基于改进Q学习的重构蓝图生成方法,综合考虑负载均衡、重构影响、重构时间、重构降级等多优化目标,并应用模拟退火框架改进探索策略,提高了传统Q学习算法的收敛性能。实验结果表明,与模拟退火算法、差分进化算法、传统Q学习算法相比,本文提出的改进Q学习算法效率更高,所生成重构蓝图质量更高。     

基于模块的飞机装配工艺技术研究

飞机装配作为飞机研制的关键环节,具有多学科领域、协调准确度要求高、劳动强度大等特点,先进的飞机装配技术能够提高飞机装配效率、缩短研制周期和降低生产成本。目前国内多数航空企业还采用非模块化的装配方式,未形成高效、整洁、重复利用率高的装配模式。对非模块化飞机装配方式进行分析,提出了先进的模块化飞机装配理念,重点描述了模块化设计、装配模块定义、构建装配结构树、装配指令库管理、基于构型配置匹配装配指令这5个关键技术。     

综合模块化航空电子系统构型管理功能设计

构型管理功能是飞机提高安全性的重要功能之一,由于综合模块化航空电子系统的架构特点,其构 型管理功能除了要保证软硬件构型一致外,还需要考虑配置数据。本文分析了DO-297 定义的构型管理功能设 计要求后,针对不同配置数据的功能特点,把构型管理功能划分成配置数据生成、数据加载和兼容性校验三个 步骤,并详细描述了各自的具体设计方案。该整体方案已在项目中成功应用。     

A319-115飞机CFM56-5B型发动机的构型转换

航空发动机构型转换是航空公司工程管理的重要课题,掌握发动机的构型转换原理,不但可以优化公司机队的发动机配置,还可以扩大AOG情况下备发的选择范围。本文以A319-115飞机CFM56-5B型发动机为例,介绍发动机构型转换的相关要求。     

基于最大一致容积Kalman滤波器的多机器人协同定位CSCD

机器人位置信息是多机器人系统执行任务的前提,单个机器人因传感器载荷和作用范围的限制,难以完成复杂环境中的定位任务,多个机器人通过协作可实现大范围下的位置确定。将配置多个传感器的同构机器人群替换为配置单个或少量传感器的异构机器人可降低硬件成本,并且通过设计协同算法,不会降低定位精度。提出了一种将容积Kalman滤波器与最大一致思想融合后的新型滤波算法,并将该算法应用于麦克纳姆轮机器人系统。通过仿真和实物验证了最大一致容积Kalman滤波器的协同定位效果。     

飞机构型管理中的产品结构分解研究

飞机的设计与制造是一项宏大的系统工程,它的研制周期长、技术复杂、研制费用与风险高,并且要求多部门协同参与,同时它也会带来大量的产品数据的管理。借鉴目前欧美飞机制造商普遍采用的模块化设计思想,从构型管理的角度研究了产品结构分解和管理方式,同时结合我国民机发展的特点将产品结构划分为装配结构树、系统结构树和制造结构树。     

基于六何分析法的商用飞机构型控制研究

构型控制是构型管理的基本要素之一,结合商用飞机的产品特点,提出一种多层次的构型定义结构。以商用飞机的构型控制为例,采用六何分析法研究构型控制的目标、构型控制的对象、构型控制的起点、构型控制的角色和职责、构型控制的流程和方法,以及构型控制的工作环境,同时分析存在的问题并提出相应的建议:在项目初期,商用飞机的构型管理者在分析上述六个要素的基础上,再结合项目自身特点,提前规划,选择合理的工作目标、具有针对性的管理策略和差异化的实施路径,以提高构型控制的效率。     

民用飞机刹车控制系统软件构型管理研究

民用飞机刹车控制系统构型管理在系统设计开发过程和适航符合性验证过程中发挥着关键作用。为了提升民用飞机刹车控制系统软件构型管理能力,使该系统设计开发的软件满足适航要求,介绍刹车控制系统软件构型管理的概念和方法,描述如何运用系统思维和信息化流程手段将构型管理和软件设计相结合,开展软件全生命周期过程构型管理活动。结合DO-178C 的要求,提出建立以产品构型为核心的构型数据数字化管理机制,实现刹车控制系统软件研制的单一数据源。结果表明：通过和构型基线管理相结合建立一个统一的构型数据库,在构型库中严格按照阶段的状态进行准确记录,确保了状态信息的实时性、可追溯性、完整性及有效性,达到了最终构型控制目标,可以满足适航要求。     

椭圆底扁薄球壳结构的双稳态力学行为

针对可变形鼓包型面设计方案需求,以铰支边界的椭圆底扁薄球壳模型为对象,通过数值仿真研究了结构双稳态构型的转换机理以及需要满足的参数条件;对稳态构型转换中的跳变类型以及影响因素进行了分析;给出了不同驱动方式下,加载位置和形状参数对稳态构型转换需要的临界驱动力以及结构内应变的影响.结果表明:结构在铰支约束下存在双稳态需满足一定的拱高厚度比;稳态构型在转换过程中存在局部跳变和整体跳变组合方式,可以通过选择加载位置和结构参数进行控制;结构发生跳变时的临界载荷和结构内应变与加载方式和结构参数有关.      

多目标优化方法库的开发与应用

多目标优化方法库是一个专门针对多目标问题的优化软件。本文介绍了用面向对象方法对方法库进行开发的过程,着重说明了该软件以优化模型为中心的主体框架和以优化算法为核心的模块化结构,以及库中采用的各种多目标优化算法特别是非劣分层遗传算法。最后通过算例说明了方法库的使用方法,证明了其良好的操作性和库中算法优良的性能。     

基于星间链路的星座相对构型保持方法

从巨型星座在自然摄动下轨道运动的力学特性出发，分析了星座构型保持的任务特点。针对轨道面内由大气阻力和面质比差异导致的轨道面内长期相对运动，构造了星座相对构型保持的二阶一致性控制方法。针对星座多个体系统不同的星间链路连接情况和闭环网络特征，提出了不同几何拓扑结构及其相应的图论构造方法。相较于经典的绝对位置保持方法，相对构型保持只需补偿面质比差异造成的构型漂移变化，因此能够以更小的控制代价实现星座的构型保持。以星型链路的拓扑结构为例，进行了星座相对构型保持的仿真分析，离散一致性控制能够实现星座构型长期稳定。     

完全解耦3T2R并联机器人构型综合方法

针对并联机构内部耦合性带来运动学和动力学分析困难的问题,基于G_F集理论提出一种简单而有效的三移动两转动(3T2R)完全解耦构型综合方法。首先,阐述G_F集并联机器人构型理论;其次,根据G_F集的求和运算和转动轴线迁移定理,给出了机构输入运动副选择原则以及解耦支链设计准则;按照完全解耦并联机构设计步骤,列举出了3T2R并联机构各解耦分支运动链,综合出了含有单、双驱动支链的3T2R五自由度完全解耦并联机构,得到了大量新构型;通过所综合出的一种新型并联机构,运用约束螺旋法对机构的自由度数目和运动特性进行分析,根据机构输入与输出参数间关系式,求解得到机构雅可比矩阵,验证了机构的解耦特性,进一步证明了该构型方法的有效性。研究对解耦并联机构的构型设计具有理论指导意义。     

面向集中力扩散的回转曲面加筋拓扑优化方法

为了提高航天器回转曲面加筋型连接结构的集中力扩散效率,需要开展回转曲面加筋集中力扩散结构设计。传统放射肋设计方法普遍依赖设计经验、难以满足集中力高效扩散需求。因此,提出一种面向集中力扩散的回转曲面加筋拓扑优化方法。第1步,建立了一种基于各向异性过滤技术的集中力扩散拓扑优化方法,保证拓扑优化结果满足回转曲面加筋制造工艺要求;第2步,提出了一种基于网格变形技术的拓扑优化结果智能重构方法,可高效准确地对回转曲面加筋拓扑优化结果进行模型自动重构。基于所提出方法,以卫星平台对接环这种典型的回转曲面加筋壳为对象开展算例研究,并将优化结果与传统放射肋设计结果进行对比。结果表明,所提出的优化方法可得到加筋构型清晰、满足回转曲面加筋制造工艺要求的优化结果,且具有集中力扩散效率高、网格质量依赖性低、拓扑特征重构高效等优点。