航天器控制系统可重构性的内涵与研究综述

可重构性设计是提高航天器在轨运行质量的有效途径,可以从系统层面克服航天器控制系统固有可靠性不足、星上资源受限以及在轨故障不可维修等缺陷,目前已引起控制理论和航天器控制工程等领域的高度重视与广泛关注.本文首先结合航天器控制系统的固有特点,具体介绍可重构性的研究意义与概念内涵.然后从评价与设计两方面,详细梳理航天器控制系统可重构性的研究内容与研究现状.最后对目前可重构性研究领域中存在的一些问题以及未来可能的发展方向进行深入探讨.

可重构性和解耦性轮腿式机械腿构型综合方法

基于螺旋理论和可重构机构运动分岔原理,综合出一组完全解耦的可重构轮腿式混联机械腿构型。根据机械腿轮、腿模式自由度需求,分析了机械腿轮腿变换机理,进而综合和筛选出5种主运动支链。基于轮腿变换机理,提出约束支链布局原理和方案,基于螺旋理论构造约束支链,根据主运动支链及约束支链几何条件,进行运动副轴线变换及运动副分解、组合,最终得到134种约束支链。基于并联机构运动解耦概念,导出驱动副选取条件,确定各约束支链上的驱动副位置。通过实例验证机械腿的可重构性和解耦性。研究结果表明:综合出的机械腿基于约束奇异实现轮腿模式切换,减少了构态变换所需的时间消耗,使模式切换更加高效;由于结构约束的存在,轮式运动时,无需锁死与腿模式运动相关的关节,减少了能量消耗及驱动控制难度。

卫星姿态控制系统的可重构性指标分配

研究有约束条件下的可重构性指标分配问题,旨在为卫星姿态控制系统的可重构性指标分配找到合理的解决方案。结合卫星姿态控制系统可重构性统计数据不足的特点以及资源最优化的要求,将可重构性指标分配分为初次分配和再分配,由于卫星姿态控制系统因素指标的不确定性以及人的认识的模糊性,提出基于模糊综合评价法的可重构性指标初次分配,仿真结果显示了该方法的有效性。针对系统资源优化配置的要求,提出一种基于启发式算法的可重构性指标再分配,该方法可解决约束条件内资源最优配置问题,并得到接近或者超过系统可重构度的最优解,最后将该算法用于卫星姿态控制系统仿真,与直接寻查法的分配结果作比较,显示了新算法更好的适用性。由于所提的方法计算量较小,结果较精确,在工程领域具有很好的实际意义。

基于多评价函数法的可重构性指标分配

针对多目标优化的可重构性指标分配问题,给出了一重和二重可重构性指标的计算方法。结合多目标优化特点和可重构性指标的定义建立了可重构性指标分配的多目标优化模型。在此基础上提出了一种多评价函数法,用于系统可重构性指标分配,该方法对相互冲突的多个目标建立不同的评价函数,通过在可行解内协调得到最优化结果,最后将其应用于串联系统进行仿真,并与线性加权和法的结果作比较,结果显示基于多评价函数的可重构性指标分配方法更具有效性。

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.

卫星姿态控制系统的可重构性分析

针对执行机构和传感器故障情况,将可重构性的概念引入卫星姿态控制系统,并提出可重构性评价方案来分析某一配置下的卫星姿态控制系统的在轨可重构性。首先,针对线性化系统模型,根据执行机构配置分析故障后系统的可控性及控制能耗,并利用可控性格兰姆矩阵的最小特征值给出系统的可重构性度量指标。其次,针对某一传感器配置,从系统级的角度分析系统的可观性与可重构性之间的关系。在此基础上,给出整个卫星姿态控制系统的可重构性评价方案。最后针对某一配置的卫星姿态控制系统模型进行仿真分析,说明该方案的有效性。

零动量卫星轮控系统可重构性设计研究

针对卫星姿态控制系统设计中常见的动量轮配置问题,总结了星上常用的5种轮控系统构型,首先对各种构型从角动量包络、干扰力矩下动量轮的饱和情况、系统功耗和可靠性等方面进行了可重构性分析和比较,在此基础上提炼了动量轮可重构性设计准则,可为轮控系统的设计提供参考依据。

卫星姿态控制系统的可重构性量化评价方法研究

控制可重构性本质上度量了不利条件下被控系统剩余的能控性。鉴于此,本文以卫星姿态控制系统为研究对象,研究了故障系统可重构性和剩余能控性之间的关系,提出了一种基于能控性格莱姆矩阵的可重构评价方法。首先,对标准能控性格莱姆矩阵的局限性进行了分析:由于该方法需要求解李雅普诺夫方程,故只适用于稳定系统或特征值和不为0的非稳定系统;然后,引入经验能控性格莱姆矩阵,不用直接求解李雅普诺夫方程即可获取格莱姆矩阵,使得该方法可扩展应用于卫星姿态控制系统;其次,考虑到经验格莱姆矩阵计算量大,采用精细积分方法提高了计算效率;最后,通过3个仿真算例,验证了本文所提方法的有效性和正确性。

嵌入式协议栈可重构性分析与设计实现

本文通过对协议栈的可重构性进行分析,设计并实现了一种可重构的嵌入式TCP/IP协议栈,并介绍了关键技术的实现细节。该协议栈可以根据用户需求重构为IPv4、IPv6、双栈协议栈等多种协议栈,具有良好的灵活性、可移植性。该协议栈已成功应用在嵌入式双向通信平台上,通过实际网络测试表现出良好的性能和可靠性。在主频为66MHz的ARM7 CPU上运行,吞吐率可达1.5MB/s以上,目标代码大小仅为传统协议栈的30%左右,并可满足IPv4到IPv6网络过渡时期嵌入式设备的网络需求。

信息系统可重构性研究

信息系统可重构性是在软件重用基础上发展起来的新的系统设计与开发思想,尽管目前在技术与方法上还不成熟,缺乏科学理论的支持,但它无疑是未来信息系统的发展方向。本文讨论了信息系统可重构性的内涵、软件重用与构件技术,在此基础上提出了可重构信息系统开发机制。

面向稳定目标的深空探测器可重构性评价与自主重构设计

针对现有研究中缺乏指标指导深空探测器控制系统重构策略设计的量化指标的问题,本文研究了在资源受限且不可维修的条件下,面向稳定目标的深空探测器可重构性评价和自主重构设计问题.本文将在地面设计阶段考虑深空探测器控制系统的可重构性,并基于可重构性评价指标指导系统的自主重构控制方法,从设计角度提高深空探测器控制系统运行质量.首先通过左右互质分解的技术手段,基于稳定性目标,定量地给出了系统可重构性指标,描述并评价了深空探测器控制系统的重构能力;然后基于所得指标,为控制系统重构设计提供理论参考依据;最后通过数值仿真证明了该方法的有效性和正确性.

制造系统的可重构性

可重构制造模式是一种指导管理和控制制造系统重构过程的制造哲理 ,它使制造系统有效地响应不断变化的环境。制造系统具有可重构能力是其生存和发展的基本手段 ,具有较高可重构性的公司在风云突变的环境中将远远超过其竞争对手。本文探讨了可重构制造模式的基本定义和内涵 ,并从组织、过程、产品、加工系统和信息平台等五个方面研究了制造系统的可重构性。

农机产品研制过程中的可重构性研究

可重组制造系统能动态调整制造系统,达到提高生产效率以及缩短设计时间、制造系统重组时间和新产品上市时间的目的。为此,提出了可重构农机产品链开发设计制造模型,运用此模型设计开发出16K2农用运输车和JLZ03小型装载机,分析了两款产品具体的可重构组元及使用虚拟样机技术进行产品开发的方法,认为此模型有助于产品开发规划、提高制造效率、降低成本,并建议在此基础上进一步研究农机产品制造系统的可重构性。

四旋翼无人机执行器可重构性量化评价方法研究

随着对系统安全性和可靠性要求的不断提高,故障系统的自主恢复能力即系统的可重构性受到高度关注,然而现有对于控制系统可重构性量化评价的方法主要针对线性系统,因此以具有强耦合、欠驱动、强非线性的四旋翼无人机(quadrotor UAV)为被控对象,提出了一种基于双滑模面鲁棒观测器与马氏距离结合的非线性系统可重构性量化评价方法。首先,在四旋翼无人机非线性模型的基础上,设计了具有对扰动和故障均不敏感的双滑模面鲁棒观测器,用于实现对系统状态的准确估计;其次,在执行器饱和及系统状态误差指标双约束条件下,采用基于马氏距离的相似度法,对非线性系统可重构性进行量化评价;最后,通过四旋翼无人机仿真实验验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法能够真实反映不同故障程度下系统的可重构性量化水平,为非线性故障系统控制策略调整补偿提供了重要依据。

RS编译码电路的可重构性研究

针对当前RS码编译码器通用性差的特点,以可重构的思想,提出了一种根据输入配置信息改变电路结构,满足多种RS码编码标准的编译码结构。介绍了基于线性反馈位移寄存器的编码原理及可重构改进方法。通过乘法和加法的迭代运算实现了伴随多项式的并行运算。采用改进欧几里德算法求解关键方程,运用钱氏搜索算法实现了错误位置的查找,并提出以上两种算法的可重构计算结构。通过分析可以看出:该方案增加了少量的资源开销,满足了多标准的RS码编译需要,具有较好的通用性。

卫星控制系统可重构性优化设计方法

在卫星控制系统设计阶段考虑可重构性,可增强故障处理能力,对提高卫星的可靠性、可维护性及在轨生存能力具有重要意义。提出了卫星控制系统可重构性优化设计方法,该方法主要包括总体设计、子系统设计和系统分析方法。提出了功能目标设计和最小实现分析,用于建立总体设计优化方程,并考虑到子系统的性能要求;通过功能目标模型分析和反馈,可以调整设计,便于多目标设计结果的选择。最后给出了一个卫星控制系统设计的实例。

制造系统可重构性评价指标及关键支持技术

阐述了可重构制造系统的发展和研究现状 ,提出了制造系统可重构的评价指标 。

跑道入侵防御系统的可重构性研究

为了实现跑道入侵防御系统应用的灵活性,提出了一种基于Petri网跑道入侵防御系统的重构方法.对监视数据源进行了数据分析与处理,并基于标准构建机场的矢量地图模型,再结合机场场面跑道结构建立跑道Petri网控制器模型,构建跑道状态灯模型,利用重构方法建立了各个模块之间的接口,包括机场地图模型与Petri网控制器模型、Petri网控制器与跑道状态灯模型、车辆/航空器分布向量与Petri网控制器标识向量、可控变迁的使能状态向量与跑道状态灯状态向量,并通过案例说明了跑道入侵防御系统重构方法的有效性.

浅谈城市应急管理信息系统的可重构性

可重构性是智能化信息系统的基本特性,已受到人们的广泛重视。本文首先提出了对城市应急管理信息系统可重构性的理解,论述了开发可重构应急管理信息系统的重要性和必要性,然后就如何设计、开发可重构的应急管理信息系统提出了一些建议。

基于J2EE的制造执行系统的可重构性研究

根据生产环境变化对制造执行系统(MES)提出的重构要求,提出了MES的三类重构因素;以半导体制造MES系统的重构为例,研究了J2EE(Java2PlatformEnterpriseEdition)技术对三类重构特性的实现。实际应用表明,基于J2EE的MES可快捷地实现系统的重构,能够随生产环境变化与企业需求保持同步增长,具有良好的应用效果。