卫星舱布局CAD系统:干涉计算和质量特性计算

以国际商用通讯卫星的卫星舱布局方案优化设计为背景,研究卫星舱基于Pro/Engineer软件的布局CAD系统的优化过程中前后两阶段粗精干涉计算和基于矩阵变换的质量特性计算的方法,以满足优化过程中既快速又精确的性能计算要求.文后数值实验表明本文干涉计算方法的必要性和有效性,本文质量特性计算方法可以既快又较精确地计算不规则或质量不均匀的待布物质量特性.

基于Wang-Landau抽样的带静不平衡约束的简化卫星舱布局方法

以简化卫星舱承载板上三维布局设计问题为背景,研究一类带静不平衡约束的圆柱体和长方体混合待布物布局问题。针对该三维布局问题,将已成功应用于统计物理学和蛋白质结构预测的Wang-Landau抽样算法引入布局问题中。Wang-Landau抽样算法通过在复杂布局空间中进行有效抽样来得到一个平坦的能量直方图,从而精确估计布局系统的状态密度。通过将Wang-Landau抽样算法与带加速策略的最速下降法、质心平移策略相结合,提出了改进的Wang-Landau抽样算法。对文献中两个算例进行了实算,计算结果表明,改进的Wang-Landau抽样算法的收敛速度和解的质量相比文献中其它算法均有较大的提高。

辅助工程师设计的知识融合设计方法:卫星舱布局设计(英文)

卫星舱布局设计属工程系统设计问题,为用传统计算方法难以解决的问题,该问题具有三重难度:工程复杂性、计算复杂性和达到工程实用难。卫星布局设计师的成功经验表明,它需要依赖设计师的经验和智慧、借鉴先验知识和辅以"计算"进行设计,并实现人机结合。本文的人机结合方法采用在线人知识、在线计算知识和先验知识(如参考布局施工图)的知识融合方法,并在卫星布局CAD、仿真与评价系统平台上实现,发挥人机各自特长。主要研究:(1)设计知识:包括在线人知识、在线计算知识和先验知识的表达;(2)上述3类知识的广义描述模型及其知识融合方法;(3)人的作用。经以简化的国际通信卫星舱布局设计为例的数值实验验证,表明了本文方法的可行性。

基于极大平面图矩形图元布局问题的全局优化算法

以人造卫星仪器舱布局问题为背景,研究了矩形图元不干涉布局优化算法.基于极大平面图,通过逐次降低布局图边连通度的方法,构造了布局问题的全局优化算法,数值结果表明了算法的有效性.

多阶段协同求解卫星舱耦合布局优化问题的双邻域人工蜂群算法

针对三维卫星舱布局优化问题(three-dimensional satellite module layout optimization problem,3DSMLOP),本文提出了一种具有双邻域的改进人工蜂群算法,并将其与多阶段求解策略结合,形成多阶段双邻域人工蜂群算法(multi-stage dual neighborhood artificial bee colony algorithm,MS-DABC).3DSMLOP是一个复杂的多约束耦合问题,其解空间是非连续、非线性、多模态的.MS-DABC将3DSMLOP分解为多个子系统,并根据优化目标在各个子系统之间的耦合关系,将优化过程分为两个阶段.第一阶段,针对无耦合的优化目标,各个子系统利用具有双邻域结构的改进人工蜂群算法独立进行优化.在第一阶段求得的最优解的基础上,第二阶段采用一般人工蜂群算法来优化子系统的旋转角度,利用各个子系统之间的协同旋转来解决耦合的优化目标.仿真实验结果表明,该算法求解复杂的卫星舱布局问题非常有效,在3DSMLOP算例求解上性能突出.

带静不平衡约束的矩形装填问题的启发式算法

卫星舱布局问题不仅是一个复杂的耦合系统设计问题,也是一个特殊的优化问题,具有NP难度性.解决这类问题最大的挑战在于需要优化的目标函数具有大量被高能势垒分隔开的局部极小值点.Wang-Landau(WL)抽样算法是一种改进的蒙特卡罗方法,已被成功地运用于蛋白质结构预测等优化问题.以卫星舱布局优化问题为背景,将WL抽样算法引入矩形装填问题的求解.针对矩形装填物的特点,提出了启发式格局更新策略,以引导抽样算法在解空间中进行有效行走.为了加速搜索全局最优解,每次蒙特卡罗扫描生成新的布局时,就执行梯度法进行局部搜索.通过将局部搜索机制、启发式格局更新策略与WL抽样算法相结合,提出了一种用于解决带静不平衡约束的任意矩形装填问题的启发式布局算法.在布局优化过程中,通过在挤压弹性势能的基础上增加静不平衡量惩罚项并采用质心平移的方法,使布局系统的静不平衡量达到约束要求.为了改进算法的搜索效率,还提出了改进的有限圆族法,用于装填物之间的干涉性判断和干涉量计算.通过对文献中两组共10个有代表性的算例进行实算,计算结果表明,所提出的装填算法是一种求解带静不平衡性能约束的任意矩形装填问题的有效算法.