有效载荷系统运控智能规划与调度通用软件平台研究

论文摘要

随着我国大型空间飞行器和空间平台技术的发展,更多更复杂的有效载荷将投入使用。同时在空间平台上,这些载荷需协同运作完成更大规模的试验,这使载荷系统运控中的规划与调度问题的求解变得更加困难。运控规划与调度贯穿于载荷系统总体设计、研制、测试、在轨应用的全过程,任何步骤的相关参数一经变化,载荷规划与调度结果就要进行修改,因此,迫切需要研制一套具有通用性和灵活性且适用于大型空间飞行器的有效载荷系统运控规划与调度软件平台。论文在认真调研国内外相关领域研究现状的基础上,综合并借鉴ASPEN等空间智能调度与规划软件,结合智能规划与调度的一般模型对有效载荷规划与调度问题相关要素进行抽象,建立了包含时间、活动、约束、时间线和目标函数的载荷系统运控智能规划与调度抽象模型。在抽象模型基础上,论文设计了软件的总体架构和数据结构。软件平台在Matlab环境下开发,在元胞数组和架构数组的支持下,软件平台可以构造多维和多结构数组以满足要素抽象的要求。调度算法采用基于约束的遗传算法、模拟退火算法和遗传模拟退火算法,论文根据具体实例验证了相关算法的可行性。通过本论文的研究,最终实现了有效载荷规划与调度通用软件平台的基本功能,用户可通过界面(GUI)操作,输入载荷规划与调度问题的相关要素,随后由软件自主完成问题的规划与调度。目前,该软件可完成功耗约束型问题的规划与调度求解,以后将根据需要逐步完善至包含功耗、带宽、存储量等综合约束情况下的规划与调度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景和研究意义
• 1.2 航天领域规划与调度问题研究现状
• 1.3 论文内容的组织和安排
• 第2章 规划与调度的相关理论及应用
• 2.1 规划与调度的基本概念
• 2.2 规划与调度系统
• 2.3 典型航天智能规划与调度系统
• 2.4 小结
• 第3章 有效载荷系统运控智能规划与调度模型
• 3.1 问题分析
• 3.2 要素抽象
• 3.2.1 时间
• 3.2.2 时间线网络
• 3.2.3 活动
• 3.2.4 约束
• 3.3 系统模型构建
• 3.4 算法设计
• 3.4.1 规划算法
• 3.4.2 调度算法
• 3.5 小结
• 第4章 有效载荷系统运控智能规划与调度通用软件平台设计
• 4.1 软件平台总体设计
• 4.1.1 软件平台总体架构
• 4.1.2 软件处理流程
• 4.1.3 平台程序模块
• 4.2 软件系统各模块数据结构及其接口描述
• 4.2.1 软件底层数据
• 4.2.2 存储设置模块数据结构
• 4.2.3 活动设置模块数据结构及内部接口
• 4.2.4 约束设置模块数据结构及内部接口
• 4.2.5 时间设定模块数据结构及内部接口
• 4.2.6 时间线输入模块数据结构及内部接口
• 4.2.7 算法设置模块数据结构
• 4.2.8 规划与调度模块数据结构及内部接口
• 4.3 软件平台的具体实现
• 4.3.1 路径选择
• 4.3.2 活动设置
• 4.3.3 约束设置
• 4.3.4 时间设置
• 4.3.5 时间线输入
• 4.3.6 算法设置
• 4.3.7 规划与调度
• 4.3.8 结果显示
• 4.4 小结
• 第5章 平台及算法应用实例
• 5.1 某空间飞行器载荷时间线的规划
• 5.2 某空间飞行器载荷时间线的调度
• 5.3 结果分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究成果
• 6.2 进一步研究的思考与建议
• 参考文献
• 已发表学术论文目录
• 致谢