[發明專利]航天器多優先級任務執行序列自動生成方法

有效

• 申請號: 202010212626.4
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111338783B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 徐瑞;趙宇庭;崔平遠;朱圣英;梁子璇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.航天器多優先級任務執行序列自動生成方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一、獲取規劃器規劃得到動作序列及其相應的時間約束網絡，判斷動作的性質并進行標記，依據動作效果判斷動作性質，所述動作效果為目標狀態的動作，判斷該動作性質為任務動作，其他動作為輔助動作；

步驟二、根據步驟一標記的動作性質，為每個動作計算執行時間保留比例K_i；

步驟三、在規劃器生成的時間約束網絡的基礎上對規劃結果中的動作進行升序排序生成動作隊列Qact，排序的依據是動作的最早可能開始時刻，開始時刻較早的動作排序靠前，排序靠前的動作在步驟四中優先處理，模擬執行過程中動作依次確定時刻的過程；動作i開始點st_i，最早可能開始時刻為邊Ost_i的權值的負數，即-e[st_i][O]；

步驟四、根據步驟二得到的各動作的時間保留比例K_i，采用增量式時間約束傳播對步驟三得到動作順序逐個確定規劃結果中動作的開始結束時刻；對于動作序列中的每個動作，動作的開始時刻確定為最早可能開始時刻，然后對動作的開始時刻確定帶來的時間約束變化在時間約束網絡中進行增量式前向時間約束傳播，在時間約束傳播后的時間約束網絡中根據時間保留比例K_i確定動作的結束時刻，然后對動作結束時刻確定帶來的約束變化進行增量式前向時間約束傳播和增量式后向時間約束傳播；

步驟五、根據步驟四中確定的開始結束時刻，輸出動作序列的調度結果，即實現航天器多優先級任務執行序列自動生成。

2.如權利要求1所述的航天器多優先級任務執行序列自動生成方法，其特征在于：還步驟六：航天器多優先級任務執行序列自動生成采用增量式時間約束傳播，實現快速準確生成任務執行序列，節省人力物力；在保證滿足時間約束的基礎上，考慮任務中子任務優先級及動作的性質確定動作執行時刻，有利于提高任務的可靠性及動作時間分配的合理性。

3.如權利要求1或2所述的航天器多優先級任務執行序列自動生成方法，其特征在于：步驟一的實現方法為，

由于航天器的資源有限，有時難以滿足所有的任務目標，因此為任務設置優先級，在資源不足的時候優先級滿足高優先級的任務；對于動作時間確定問題，規劃器前期的規劃已經找到了滿足時間約束的動作序列，對無法滿足的任務已經進行了取舍；此時優先級為動作時間分配的依據，優先級高的任務持續時間越長任務整體收益越高；為了統一任務動作i的執行時間保留比例K_i的計算，所有輔助動作的優先級設為0，通過公式(1)計算執行時間保留比例K_i：

式中P_i為動作i對應的動作優先級，P_max為最大任務優先級。

4.如權利要求3所述的航天器多優先級任務執行序列自動生成方法，其特征在于：步驟四的實現方法為，

步驟4.1：取步驟三動作隊列Qact中的第一個動作；

步驟4.2：確定步驟4.1中所取動作的開始時刻，動作的開始時刻ST_i取其最早可能值，即動作開始時刻ST_i＝-e[st_i][O]，st_i為時間約束網絡中代表動作i開始時刻的點，e[st_i][O]為邊st_iO上的值；相應的，在時間約束網絡中，修改邊Ost_i和st_iO值，使邊Ost_i和st_iO值代表的含義為動作開始時刻固定為t_s，通過公式(2)計算邊Ost_i的值e[O][st_i]，通過公式(3)計算邊st_iO的值e[st_i][O]：

e[O][st_i]＝-e[st_i][O] (2)

e[st_i][O]＝e[st_i][O] (3)

步驟4.3：在步驟4.2修改后的時間約束網絡中，進行增量式時間約束前向傳播，從st_i開始沿點的出邊傳播時間約束，減少時間約束處理計算量，提高求解效率；

步驟4.3.1：建立待處理節點隊列Qnote，將節點st_i從后方加入Qnote；

步驟4.3.2：從Qnote中取第一個點n，計算與點n的出邊相連的點m的邊e[O][m]通過公式(4)實現：

e[O][m]＝min(e[O][m],e[O][n]+e[n][m]) (4)

如果點m的e[O][m]邊值發生改變且點m不在Qnote中，將點m從后方加入Qnote；

步驟4.3.3：重復4.3.2直到Qnote中沒有待處理節點；

步驟4.4：在步驟4.3處理過的時間約束網絡中動作i的結束時刻ET_i∈[-e[et_i][O],e[O][et_i]]，et_i為在時間約束網絡中代表動作i的結束時刻的點，根據步驟二得到的各動作的時間保留比例K_i為ET_i取值確定動作結束時刻，有利于提高任務的可靠性及動作時間分配的合理性；通過公式(5)計算ET_i的值，通過公式(6)計算動作i的結束時刻確定后邊Oet_i的值e[O][et_i]，通過公式(7)計算動作i的結束時刻確定后邊et_iO的值e[et_i][O]：

ET_i＝-e[et_i][O]+K_i·(e[O][et_i]+e[et_i][O]) (5)

e[O][et_i]＝ET_i (6)

e[et_i][O]＝-ET_i (7)

步驟4.5：在步驟4.4修改后的時間約束網絡中，進行增量式時間約束前向傳播；建立待處理節點隊列Qnote，將節點et_i從后方加入Qnote，進行前向傳播，前向傳播方法與步驟4.3相同；

步驟4.6：在步驟4.5修改后的網絡中，進行增量式時間約束后向傳播，從當前點et_i開始沿點的入邊傳播時間約束；

步驟4.6.1：建立待處理節點隊列Qnote，將節點et_i從后方加入Qnote；

步驟4.6.2：從Qnote中取第一個點n，計算與點n的入邊相連的點m的邊e[m][O]通過公式(8)實現：

e[m][O]＝min(e[m][O],e[m][n]+e[n][O]) (8)

如果點m的e[m][O]邊值發生改變且點m不在Qnote中，就將其從后方加入Qnote；

步驟4.6.3：重復4.3.2直到Qnote中沒有待處理節點；

步驟4.7：檢查步驟三中定義的動作隊列Qact中是否有剩余動作；如果沒有剩余動作，動作時間確定結束，轉入步驟五；如果有剩余動作，返回步驟4.1。