高速SpaceWire协议IP的可靠性增强方法

针对航天高速SpaceWire总线系统对协议IP的高可靠性要求,提出一种用于静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的增强三模冗余(TMR)方法。该方法对传统三模冗余和部分三模冗余做了改进,将需要进行三模冗余的原设计分为一般单元集和可靠性薄弱的关键单元集,对一般单元集中的每个单元做三模冗余,对关键单元集中的每个单元做顺序四模冗余。给出了顺序四模冗余的可靠度计算式和表决器的布尔表达式。建立了系统可靠性的马尔科夫模型并基于模型开展了可靠性仿真。仿真结果表明增强三模冗余系统的可靠性不仅明显优于传统三模冗余系统,而且优于部分三模冗余系统,使系统可靠性得到有效提高。     

低成本高可靠综合电子系统集成技术

我国现有的卫星电子产品的传统研制模式已很难适应卫星快速增长,型号对于平台的管理控制核心的电子系统提出低成本、高可靠、快速响应、快速研制的迫切需求。通过构建低成本、高可靠计算机系统体系架构,设计基于COTS器件的星载计算机,并采取包括系统、模块、器件的多级可靠性冗余设计及验证技术,为实现低成本、高可靠、长寿命的产品研制,满足型号长期在轨任务要求奠定基础。     

空间冗余机械臂零反作用最优路径规划

自由漂浮空间机械臂运动通过力传递会对其载体航天器产生反作用力和力矩,从而影响基座和末端执行器的位置与方向。利用冗余机械臂的反作用零空间,求解对基座航天器姿态零干扰的机械臂运动规律的解析解。给定机械臂初始和终端状态,考虑最大关节角约束和最大关节角加速度约束,分别针对时间最优和沿整个运动路径关节加速度最小的问题,采用高斯伪谱法,在零反作用轨迹解集中寻找满足约束方程的最优解。所得最优解使得机械臂在达到期望构型的同时不影响基座姿态。将算法用于平面3自由度冗余机械臂系统中,仿真结果表明:算法在保证基座姿态稳定的同时,关节运动满足给定的约束条件,从而验证了算法的有效性。     

基于分离策略的航天器多故障模式诊断方法

针对定性模型诊断方法在处理多故障模式复杂系统时计算量大,不能满足航天器自主诊断实时性要求的问题,提出了新的诊断方法。为了减小冲突识别的实时计算规模,引入冲突识别的分离策略,提出了解析冗余计算方法。扩展了候选产生算法,先识别可能的异常部件,再通过冲突环境对异常部件的故障类型进行确定,在实现多故障模式系统故障诊断的同时,缩小了匹配空间。以某卫星一次电源系统为例,通过与现有算法进行对比,验证了本文的方法能够有效地减小诊断的规模,提高诊断效率,满足航天器自主诊断的需求。     

多级嵌套L型阵列及其测向算法

针对基于偶数(2q)阶累积量的测向算法中测向性能提高有限的问题,提出了一种基于多级嵌套 L 型阵列的2维测向算法。首先利用阵列的多级嵌套结构和2q阶累积量,形成具有更多自由度的虚拟均匀面阵;然后使用2维平滑方法,恢复其2q阶累积量矩阵的秩; 采用2维MUSIC算法,进行方位角和俯仰角的估计。与常规的2q MUSIC 算法相比,所提算法不仅具有更好的测向精度,而且由于虚拟均匀阵包含更多的虚拟阵元,因此能够估计更多信源的方位角。另外,针对该L型阵列的最优配置问题,推导了各级子阵阵元数的最优和次优分配表达式。仿真结果表明这些结论的正确性。     

PLC在发射控制系统中的可靠性应用研究

基于PLC(可编程逻辑控制器)的发射控制系统冗余技术在运载火箭地面测试发射控制系统中有着广泛的应用。现有运载火箭大多采用并联PLC发射控制方式来提高发射的可靠性,在实际发射中取得了一定的成功。但此方式本身存在着一定影响可靠性的潜在问题,一些问题会导致发射的推迟。本文从现有PLC发射控制系统存在的问题入手,提出几种替代的冗余架构解决方案,以可靠度计算数学模型为基础,对各种冗余方式进行可靠性和系统平均寿命的评估与分析,得出可靠性与系统平均寿命综合结果最优的冗余系统架构,对PLC在运载火箭发射控制系统中的应用具有指导意义。     

空间机器人路径规划综合优化方法

执行复杂操作的空间机器人常具有冗余自由度,从而可以在执行任务过程中通过关节参数的合理规划对指定目标进行优化。振动和操作灵活性是评价空间机器人性能和任务完成质量的两项重要指标,而关节力矩的大小是影响振动的重要因素。文章提出了一种路径规划综合优化方法,在对机器人末端运动速度进行优化处理的基础上,利用其冗余自由度,对关节力矩和评价操作灵活性的条件数指标进行综合优化。以平面3自由度机器人为对象建立数学模型,并在零重力环境下对相同任务进行数学仿真。仿真结果显示,采用文章优化方法,关节力矩与操作灵活性指标均得到了有效优化,验证了所提出方法的有效性。     

热备份冗余二次电源中的“备压主”工作模式研究

文章列举了航天器二次电源中常用的冗余设计方式,并针对某航天器热备份冗余二次电源在轨出现的“备压主”现象进行了详细分析,说明了其产生的机理,并通过多个产品的地面试验进行了验证和分析,对热备份冗余二次电源的工作模式有了进一步的认知,指出“备压主”是这种冗余设计方式的一种特定工作模式,而非产品故障。     

三自由度平面驱动冗余并联机器人的设计空间

机器人机构尺寸综合是一个极其复杂而重要的问题,本文采用空间模型理论将三自由度平面驱动冗余并联机器人机构无限多维的物理尺寸转换为三维而有限的设计空间中,进一步得到了设计空间的平面图,并给出了其应用例。设计空间的建立为研究该机器人性能与尺寸关系及其优化设计奠定了基础。     

诊断键合图在液体火箭发动机故障诊断中的应用

研究了通过诊断键合图模型建立液体火箭发动机解析冗余关系的故障诊断方法。通过在液体火箭发动机键合图模型中加入观测信号和虚拟传感器的方法，建立其诊断键合图模型，并利用此模型构建了系统的解析冗余关系。提出了根据诊断键合图因果路径并利用解析冗余关系残差趋势分析建立具有残差变化方向故障特征矩阵的方法，使故障特征值能更好地反映故障特征。最后利用仿真数据对诊断结果进行验证和分析，表明该方法建模简单、诊断速度快、准确性高。