[發明專利]一種航天器局部控制MDO方法及系統

有效

• 申請號: 201310020282.7
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103136420A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 張偉;方寶東;陳曉;尤偉
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及航天器優化設計技術，具體涉及一種基于局部控制MDO(Multidisciplinary?Design?Optimization)的航天器優化設計方法和系統。

背景技術

傳統航天器設計方法通常將航天器分解成結構、電源、熱控制、姿態與軌道控制、測控、數據管理等分系統，各分系統分別按照航天器總體設計要求和本分系統技術特點進行設計、加工并制成硬件，然后把所有分系統進行總裝、測試、試驗和調整，最終形成航天器。這種方法對于不同任務的航天器設計適應性及針對性不強，表現出以下缺點：

1)由于采用的是串行設計模式，在不同的設計階段，設計人員針對不同的學科對航天器進行設計優化，盡管相互關系簡單，但是實質上將同時影響航天器性能的光、機、電、熱、磁等各個學科強制地割裂開來，并沒有充分利用各個學科之間耦合所產生的協同效應。

2)方案設計階段缺乏對系統指標的合理分配，不能集成不同學科協同設計。設計后期缺乏設計自由度，無法實現復雜系統的全局優化。

局部控制MDO方法的優點在于可以通過各系統模塊的并行設計來縮短設計周期，利用系統之間的相互耦合來搜索優化方案，通過系統的綜合分析來進行方案的選擇和評估，通過各系統的綜合考慮來提高可靠性，降低研制費用。

發明內容

針對現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種基于局部控制MDO的航天器優化設計方法，來實現航天器總體的優化設計。

本發明的構思是：將航天器系統的MDO問題劃分為設計、分析、優化3個過程。設計、分析過程解決的問題是獲取分系統的設計方案以及總體方案，對設計方案分析、評估和優選；優化過程解決的問題是對具體的總體設計方案進行參數優化，而這3個過程在實際中需要反復迭代才能獲取最終結果。

航天器整體多學科設計優化強調系統整體功能和整體優化原則，避免突出局部和以局部優化取代整體優化的傾向。

由于設計領域的復雜性、優化準則的模糊性、方案類型的多樣性以及設計變量的相關性決定了航天器總體設計是需經多個設計階段逐漸細化和逼近的迭代過程，全面考慮和正確協調整體與局部間的關系以及系統內部各分系統間的關系，達到整體全局優化。

進行航天器總體優化設計，必須從系統角度綜合考慮各個系統的影響，才能獲得最佳設計。單純追求某一分系統的優化，不一定能給總體優化設計帶來貢獻。因此，航天器總體優化設計是個包含多個分系統和多個學科的優化過程。其基本思想是重新組織各個系統的任務，由并行設計替代傳統串行設計，增加概念設計在整個設計過程中的比重，尋求航天器各個設計階段的系統平衡，充分考慮各個系統間相互影響和耦合作用，應用有效的設計優化策略和分布式計算機網絡系統，組織和管理整個系統設計過程，通過充分利用系統間相互作用產生的協同效應獲取系統整體的最優解。

為了達到上述發明目的，本發明是通過以下的技術方案實現的。

根據本發明的一個方面，提供一種航天器局部控制MDO方法，包括如下步驟：

步驟1：接收用戶需求信息，記錄所述用戶需求信息所對應的任務來源；

步驟2：根據所述用戶需求信息和任務來源生成總體設計指標和工程約束，其中，所述總體設計指標包括載荷指標和平臺指標；

步驟3：根據所述總體設計指標和工程約束，對航天器各分系統相容性解耦，對所述平臺指標進行分解，生成各分系統的優化目標；

步驟4：針對所述分系統的優化目標，建立局部優化模型，得到各分系統的設計參數，形成總體方案。

優選地，所述步驟2包括如下步驟：

步驟2.1：根據所述用戶需求信息生成科學目標信息和工程目標信息；

步驟2.2：根據所述科學目標信息和工程目標信息對所述用戶需求信息中任務功能進行排序，得到任務功能序列，并生成與所述任務功能序列相對應的約束條件；

步驟2.3：根據所述任務功能序列生成可量化的航天器設計指標。

優選地，所述局部優化模型由理論公式或工程估算關系式構成。

優選地，所述步驟4包括步驟：對所述局部優化模型加載所述工程約束和約束條件。

優選地，所述工程約束包括相容性約束，其中，所述相容性約束用于使系統級優化中消除了單個分系統內部的局部變量。

根據本發明的另一個方面，還提供一種航天器局部控制MDO系統，包括如下裝置：

接收記錄裝置，用于接收用戶需求信息，記錄所述用戶需求信息所對應的任務來源；