衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)分配1

項(xiàng)昌毅 楊 浩 程月華 姜 斌 劉成瑞

1.南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,南京 210016 2.南京航空航天大學(xué)高新技術(shù)研究院,南京 210016 3.北京控制工程研究所, 北京200233 4.北京市空間智能控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京200233

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衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)分配1

項(xiàng)昌毅1楊 浩1程月華2姜 斌1劉成瑞3,4

1.南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,南京 210016 2.南京航空航天大學(xué)高新技術(shù)研究院,南京 210016 3.北京控制工程研究所, 北京200233 4.北京市空間智能控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京200233

研究有約束條件下的可重構(gòu)性指標(biāo)分配問(wèn)題，旨在為衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)分配找到合理的解決方案。結(jié)合衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)可重構(gòu)性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不足的特點(diǎn)以及資源最優(yōu)化的要求，將可重構(gòu)性指標(biāo)分配分為初次分配和再分配，由于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)因素指標(biāo)的不確定性以及人的認(rèn)識(shí)的模糊性，提出基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的可重構(gòu)性指標(biāo)初次分配，仿真結(jié)果顯示了該方法的有效性。針對(duì)系統(tǒng)資源優(yōu)化配置的要求，提出一種基于啟發(fā)式算法的可重構(gòu)性指標(biāo)再分配，該方法可解決約束條件內(nèi)資源最優(yōu)配置問(wèn)題，并得到接近或者超過(guò)系統(tǒng)可重構(gòu)度的最優(yōu)解，最后將該算法用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真，與直接尋查法的分配結(jié)果作比較，顯示了新算法更好的適用性。由于所提的方法計(jì)算量較小，結(jié)果較精確，在工程領(lǐng)域具有很好的實(shí)際意義。

可重構(gòu)性；可重構(gòu)度；可重構(gòu)性指標(biāo)分配；衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)；模糊綜合評(píng)價(jià)法；啟發(fā)式算法

隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于衛(wèi)星長(zhǎng)期運(yùn)行在失重和強(qiáng)輻射的深空環(huán)境中，機(jī)械或電氣部件的老化或磨損難免會(huì)造成部件故障，由此導(dǎo)致穩(wěn)定度和控制精度等性能降低，甚至衛(wèi)星控制系統(tǒng)的崩潰[1]。為了解決這些問(wèn)題，許多學(xué)者展開(kāi)了廣泛深入的研究，其中自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、反饋控制、H∞ 控制及綜合控制方法[2-6]在衛(wèi)星姿態(tài)控制中得到了廣泛的研究和應(yīng)用。上述研究均通過(guò)控制率重構(gòu)等方法實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星欠驅(qū)動(dòng)控制，由于衛(wèi)星特殊的工作任務(wù)，通常重要部件是有冗余備份的，當(dāng)冗余代替故障部件工作時(shí)，控制精度等性能指標(biāo)與原系統(tǒng)沒(méi)有差別。因此，對(duì)部件冗余情況下的系統(tǒng)故障重構(gòu)能力研究是非常有意義的[7-10]。

重構(gòu)指系統(tǒng)從一種構(gòu)形向另一種構(gòu)形的轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)生存和發(fā)展的基本手段[11]?？芍貥?gòu)性[12]指系統(tǒng)在一定條件下完成重構(gòu)的能力。本文以衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)為對(duì)象，提出一種可重構(gòu)性指標(biāo)分配的理論方法，用于系統(tǒng)可重構(gòu)度最大的優(yōu)化配置，最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了所提方法的有效性。

1 可重構(gòu)度描述

本文解決的主要問(wèn)題是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)分配。衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是控制衛(wèi)星姿態(tài)的系統(tǒng)，由控制器、執(zhí)行器和傳感器等3個(gè)分系統(tǒng)串聯(lián)組成?？芍貥?gòu)性指標(biāo)分配是指將使用方提出的可重構(gòu)性指標(biāo)，從上而下分配到各分系統(tǒng)，設(shè)計(jì)最優(yōu)化配置以滿足系統(tǒng)的可重構(gòu)性要求。

在討論可重構(gòu)性指標(biāo)分配之前要明確什么是可重構(gòu)性指標(biāo)，本文將可重構(gòu)性指標(biāo)稱為可重構(gòu)度。從工程實(shí)際出發(fā)，在軌衛(wèi)星發(fā)生部件故障后，優(yōu)先采用的是硬件備份切換方式來(lái)重構(gòu)系統(tǒng)。假定部件之間沒(méi)有故障關(guān)聯(lián)，故障部件切換成功率達(dá)100%。當(dāng)系統(tǒng)中只有一個(gè)獨(dú)立功能的部件發(fā)生故障時(shí)，定義為一重故障。同理，n重故障定義為同時(shí)有n個(gè)部件發(fā)生故障。當(dāng)衛(wèi)星發(fā)生n重故障時(shí)，該可重構(gòu)性指標(biāo)稱為n重可重構(gòu)度。

定義1：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生n重故障時(shí)，系統(tǒng)的n重可重構(gòu)度為：

n重可重構(gòu)度=

(1)

其中,0≤R≤1。由于衛(wèi)星部件較高的可靠性，本文進(jìn)行可重構(gòu)性指標(biāo)分配時(shí)只考慮二重故障，其它多重故障可重構(gòu)性指標(biāo)分配的步驟原理和二重故障是一致的。

1.1 二重可重構(gòu)度計(jì)算

假設(shè)系統(tǒng)第k(k=1,2,3，分別表示控制器、執(zhí)行器和傳感器)個(gè)分系統(tǒng)有mk個(gè)部件，其中可重構(gòu)的一重故障有n1k(右下角標(biāo)1表示一重故障)個(gè)，可重構(gòu)的二重故障有n2k(右下角標(biāo)2表示二重故障)個(gè)，則該系統(tǒng)二重可重構(gòu)度R為：

(2)

從上述可重構(gòu)度的定義看出，系統(tǒng)冗余的部件數(shù)越多，并不意味著可重構(gòu)度就越高，可重構(gòu)度的大小還與系統(tǒng)的配置方案有關(guān)。

2 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)分配

由于可重構(gòu)性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不足的特點(diǎn)以及資源最優(yōu)化要求，將衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度分配分為2個(gè)過(guò)程進(jìn)行討論：初次分配和再分配?；究驁D如圖1所示。

圖1 可重構(gòu)性指標(biāo)分配方法框圖

2.1 可重構(gòu)性指標(biāo)初次分配

衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)包含3個(gè)分系統(tǒng)，在執(zhí)行重構(gòu)任務(wù)時(shí)每個(gè)分系統(tǒng)的可重構(gòu)性要求各不相同，受到主觀評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確等方面的限制，有些因素很難用經(jīng)典數(shù)學(xué)進(jìn)行描述，所以借鑒模糊數(shù)學(xué)的理論，因?yàn)檫@種評(píng)價(jià)過(guò)程涉及模糊因素, 故稱這種評(píng)價(jià)是模糊綜合評(píng)價(jià)或模糊綜合決策[13]。圖2所示是模糊綜合評(píng)價(jià)法的基本流程。

圖2 模糊綜合評(píng)價(jià)分配法的基本流程圖

(1) 建立因素集、因素評(píng)價(jià)集及相應(yīng)的分值集

為了全面分析可重構(gòu)性指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)遵循全面性、唯一性、科學(xué)性和可操作性等原則。依據(jù)上述規(guī)則，因素集U可取為：U={重量,經(jīng)濟(jì),能耗,可靠性,控制精度,故障可診斷性,重構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)性}

(3)

根據(jù)上述因素的特點(diǎn)，可把各個(gè)因素用以下5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)來(lái)描述：低，較低，一般，較高和高。因素評(píng)價(jià)集Vi：

Vi={低,較低,一般,較高,高}

(4)

其中，i=1,2,…,7為因素指標(biāo)，j=1,2,…,5為等級(jí)指標(biāo)，vij表示第i個(gè)因素的第j個(gè)等級(jí)。

對(duì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)采用量化處理，給予衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)各因素的每個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)一個(gè)相應(yīng)的分值cj，等級(jí)1分值記為20，等級(jí)2記為21，等級(jí)3記為22，等級(jí)4記為23，等級(jí)5記為24。則因素評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的分值集C為：

C={c1,c2,c3,c4,c5}={1,2,4,8,16}

(5)

(2) 權(quán)值計(jì)算

可重構(gòu)性指標(biāo)因素之間重要性并不相同，需要給各因素賦予不同的權(quán)值，在缺乏樣本數(shù)據(jù)的情況下, 為了提高分配權(quán)值的可信度，采用層次分析法[14]。

1) 按照表1規(guī)則，由專(zhuān)家比較并給出可重構(gòu)性指標(biāo)因素之間的重要程度。

表1 重要程度級(jí)別的說(shuō)明

經(jīng)過(guò)比較兩兩因素之間的重要性，可以得到一個(gè)7×7的判斷矩陣A。 由于這一過(guò)程是將定性思維定量化的過(guò)程，有時(shí)難以給出精確的比較判斷，可能引起判斷的不一致。因而還需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

表2 A矩陣階數(shù)與RI

一般地，當(dāng)CR<0.1 時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意一致性，否則需要重新調(diào)整判斷矩陣。

2)求出權(quán)重

A中每行元素連乘開(kāi)7次方：

(6)

(7)

3)得到權(quán)重矩陣

W=(w1,…,wi, …,w7)

(8)

(3) 因素評(píng)價(jià)矩陣

對(duì)可重構(gòu)性指標(biāo)第i個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)對(duì)象隸屬于第j個(gè)等級(jí)的隸屬度為rij(i=1,2,…,7；j=1,2,…,5；0≤rij≤1)，建立衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)第k(k=1,2,3)個(gè)分系統(tǒng)的因素評(píng)判矩陣Dk：

(9)

評(píng)判矩陣Dk是通過(guò)若干專(zhuān)家對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)在各個(gè)因素的不同等級(jí)上作0到1之間某個(gè)數(shù)值的隸屬度判斷，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后得到。

(4) 分配最小可重構(gòu)度

由模糊變換可得衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)第k個(gè)分系統(tǒng)的模糊評(píng)價(jià)集為：

Bk=W°Dk=(b1,b2,…,b7)

(10)式中，符號(hào)°為模糊算子，為了盡量保留全部的有用信息，采用實(shí)數(shù)加乘法計(jì)算模型M (*,+)進(jìn)行計(jì)算：

(11)

將第k個(gè)分系統(tǒng)的模糊評(píng)價(jià)矩陣Bk和分值集C相乘，可得該分系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)分值dk：

dk=Bk·CT

(12)

設(shè)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)二重可重構(gòu)度的目標(biāo)值為R，則第k個(gè)分系統(tǒng)所分配的最小二重可重構(gòu)度：

(13)

由上述步驟可得分系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行可重構(gòu)性指標(biāo)的再分配。

2.2 可重構(gòu)性指標(biāo)再分配

再分配是在初次分配的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，需要考慮約束條件，同時(shí)滿足系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度和分系統(tǒng)的最小可重構(gòu)度的要求。由于啟發(fā)式算法[15-16]計(jì)算量少且能獲得接近系統(tǒng)最優(yōu)性能的解，故在冗余分配中有一定的應(yīng)用。綜合考慮能耗和性能指標(biāo)的要求，所以在指標(biāo)冗余分配中有一定應(yīng)用。

在介紹所提方法之前，首先了解一下衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)部件的安裝方式。為了便于研究可重構(gòu)性指標(biāo)分配方法，簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，這里考慮的執(zhí)行器和傳感器分別由多個(gè)單一的飛輪和陀螺組成。

圖3 常見(jiàn)執(zhí)行器配置方案

圖3是1個(gè)由4飛輪構(gòu)成的執(zhí)行器，XYZ軸是正裝軸，虛線軸表示斜裝軸(該軸的3個(gè)歐拉角在0°到90°之間)。由圖可知，飛輪的安裝方式有正裝和斜裝。所謂的正裝是指與空間的一個(gè)面相平行的安裝方式，顯而易見(jiàn)，斜裝是與3個(gè)平面都不平行的安裝方式。這2種方式對(duì)系統(tǒng)可重構(gòu)性影響是不同的，在進(jìn)行可重構(gòu)性指標(biāo)分配時(shí)應(yīng)加以區(qū)分。陀螺與飛輪相似，也有2種安裝方式。然而，控制器與它們不同，這里所考慮的控制器是一個(gè)整體，換言之，組成控制器的單一元件就是它本身。不同控制器之間只采用并聯(lián)的安裝方式。

為了區(qū)分同一部件不同的安裝方式，用階段p表示不同安裝方式的部件，p=1,2,3,4,5分別表示控制器、正裝飛輪、斜裝飛輪、正裝陀螺和斜裝陀螺。這樣表示可以區(qū)別不同安裝方式的差別，并不影響分配結(jié)果。

對(duì)于一個(gè)由p個(gè)階段串聯(lián)組成的系統(tǒng)，基于啟發(fā)式算法的可重構(gòu)性指標(biāo)再分配流程如圖4所示。

圖4 基于啟發(fā)式算法的可重構(gòu)性指標(biāo)分配流程圖

下面結(jié)合衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)，將基于啟發(fā)式算法的可重構(gòu)性指標(biāo)再分配方法詳細(xì)闡述如下：

步驟0：為衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)找到一個(gè)可行解x=(x1,x2,x3,x4,x5)，向量中變量分別表示控制器、正裝飛輪、斜裝飛輪、正裝陀螺和斜裝陀螺的個(gè)數(shù)；

步驟2：令xμ=xμ+1，然后回到步驟1；

步驟3：求出的x即是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的最優(yōu)化解，計(jì)算結(jié)束。

其中，第p個(gè)階段的敏感因子為：

Fp(x)=[Rk(xp+1)-Rk(xp)]

(14)

注：在以往有約束條件的指標(biāo)分配方法中，直接尋查法[17]計(jì)算量少并且能獲得接近系統(tǒng)最優(yōu)值的解，所以應(yīng)用廣泛，是最具有代表性的一種。為了驗(yàn)證所提啟發(fā)式算法解決可重構(gòu)性指標(biāo)分配問(wèn)題的有效性，將直接尋查法用于可重構(gòu)性指標(biāo)再分配，并將2種方法的分配結(jié)果作對(duì)比?；谥苯訉げ榉ǖ男l(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)可重構(gòu)性指標(biāo)再分配的思路是：每次在系統(tǒng)中二重可重構(gòu)度最小的一級(jí)上加入一個(gè)冗余單元，并檢查約束條件。在約束條件允許范圍內(nèi)，通過(guò)一些列試探，可以使系統(tǒng)二重可重構(gòu)度接近最大值，這是一種近似最優(yōu)解。

約束條件為：sl≠0，l=1,2,3，其中，sl表示第l種資源剩余量。

3 衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)算例仿真

如前文所述，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是由控制器、執(zhí)行器和傳感器等3部分組成的。本章將第2節(jié)中所提的可重構(gòu)性指標(biāo)分配方法用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算。

給定衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)可重構(gòu)度目標(biāo)值：二重可重構(gòu)度R1=0.8，該目標(biāo)值是自己選取的，在實(shí)際系統(tǒng)的可重構(gòu)性設(shè)計(jì)中，目標(biāo)值是客戶/設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際的任務(wù)需要設(shè)定的。部件基本屬性值：

(W1,W2,W3,W4,W5)=(1.5, 2.5, 2.5, 2, 2)

(C1,C2,C3,C4,C5)=(2, 3, 3, 1.5, 1.5)

(E1,E2,E3,E4,E5)=(3, 0.5, 1.5, 1, 2)

其中，W表示部件重量，C表示部件成本，E表示部件能耗。約束條件：b1=26，b2=30，b3=25。要求衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二重故障重構(gòu)時(shí)，不欠驅(qū)動(dòng)。

3.1 可重構(gòu)性指標(biāo)初次分配

首先用模糊綜合評(píng)價(jià)法將衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度目標(biāo)值分配到分系統(tǒng)。

1)由2.1節(jié)可寫(xiě)出因素集U、因素評(píng)價(jià)Vi和分值集C：

U={重量,經(jīng)濟(jì),能耗,可靠性,控制精度,

故障可診斷性,重構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)性}，

Vi={低,較低,一般,較高,高},C={1,2,4,8,16}。

2)確定因素的權(quán)值以及因素的隸屬值。由專(zhuān)家給出可重構(gòu)性指標(biāo)因素之間的重要關(guān)系，如表3所示。由表3直接寫(xiě)出判斷矩陣：

表3 可重構(gòu)性指標(biāo)因素之間的重要關(guān)系

重量經(jīng)濟(jì)能耗可靠性精度可診斷性重構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)性重量13/53/23/36/54/54/2經(jīng)濟(jì)5/312/43/43/56/73/2能耗2/34/212/35/45/64/6可靠性3/34/33/213/44/52/3精度5/65/34/54/316/54/5可診斷性5/47/66/55/45/612/3重構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)性2/42/36/43/25/43/21

通過(guò)2.1節(jié)，計(jì)算可得可重構(gòu)性指標(biāo)各因素的權(quán)重矩陣為：

W=[0.1542 0.1285 0.1331 0.1381 0.1499 0.1466 0.1497]。

給出衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制器、執(zhí)行器和傳感器的評(píng)價(jià)矩陣分別為：

通過(guò)2.1節(jié)步驟，運(yùn)算可得衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制器、執(zhí)行器和傳感器的最小二重可重構(gòu)度為：

=0.3069，R2=0.3263，R3=0.1669。

由上述結(jié)果可以看出，初次分配得到3個(gè)不相同的分系統(tǒng)二重可重構(gòu)度，體現(xiàn)了不同分系統(tǒng)在重構(gòu)任務(wù)中不同的重要性。

3.2 可重構(gòu)性指標(biāo)再分配

衛(wèi)星需要控制3個(gè)方向的姿態(tài)，而一個(gè)飛輪在不欠驅(qū)動(dòng)的情況下，只能控制1個(gè)方向，所以至少需要3個(gè)飛輪。陀螺與飛輪原理相同，至少需要3個(gè)陀螺才能不欠驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)2.2節(jié)，直接寫(xiě)出系統(tǒng)5個(gè)階段的最低配置為x=(1,3,0,3,0)。相應(yīng)地，資源剩余量s1=13，s2=14.5，s3=12.5。

當(dāng)p∈U(x)，[Rk(xp+1)-Rk(xp)]的值：

因此，α=0.5時(shí)所有非飽和分系統(tǒng)的敏感因子為：F1(x)=1.0417，F(xiàn)2(x)=1.1250，F(xiàn)3(x)=2.2500，F(xiàn)4(x)=1.3333，F(xiàn)5(x)=2.6667。

由于F5為最大的敏感因子，所以對(duì)傳感器增加1個(gè)斜裝陀螺，對(duì)于α=0.5的其它迭代結(jié)果由表4給出。

當(dāng)α=0.5，通過(guò)新的啟發(fā)式算法得到系統(tǒng)最優(yōu)配置是(3,3,2,4,1)。相應(yīng)的配置如圖5所示。

圖5 控制器、執(zhí)行器和傳感器配置方案

驗(yàn)證分配結(jié)果的有效性：

從分配結(jié)果看出，該配置方案的二重可重構(gòu)度R*=1，大于系統(tǒng)的目標(biāo)值0.8，且各分系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度大于初次分配的最小二重可重構(gòu)度，表明方案能夠滿足系統(tǒng)的可重構(gòu)性要求。

(表4中* 表示敏感因子的最大值；b 表示飽和階段。)

注：該實(shí)例中，基于直接尋查法的可重構(gòu)性指標(biāo)再分配的計(jì)算步驟為：首先取初始解為x=(1,3,0,3,0)，計(jì)算3個(gè)分系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度：R1=0，R2=0，R3=0。由于這3個(gè)分系統(tǒng)的二重可重構(gòu)度相等，所以依據(jù)直接尋查法的思想，對(duì)任何分系統(tǒng)增加冗余部件都是一樣的，這里首先選擇增加1個(gè)控制器。此時(shí)：s1=11.5，s2=12.5，s3=9.5，重復(fù)這個(gè)步驟，可以發(fā)現(xiàn)3個(gè)分系統(tǒng)二重可重構(gòu)度相等，選擇增加1個(gè)控制器，s1=10，s2=10.5，s3=6.5，繼續(xù)上述過(guò)程，當(dāng)s1=1，s2=1.5，s3=1.5時(shí)，增加任何一個(gè)分系統(tǒng)的部件都會(huì)超出資源剩余量，計(jì)算結(jié)束，得到系統(tǒng)最優(yōu)配置為x=(3,4,1,4,1)。

從上述分配過(guò)程可以看到，直接尋查法能夠滿足系統(tǒng)指標(biāo)分配基本要求，但是所得系統(tǒng)二重可重構(gòu)度小于所提啟發(fā)式算法的結(jié)果。原因在于直接尋查法在考慮可重構(gòu)度增量時(shí)，并沒(méi)有考慮資源的最優(yōu)化，而所提啟發(fā)式算法的敏感因子包含了部件的資源消耗與剩余資源的關(guān)系，通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，可以使得資源利用最大化，并最終在約束條件內(nèi)獲得二重可重構(gòu)度最大的配置，這就顯示了新的啟發(fā)式算法的優(yōu)越性。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)分配問(wèn)題，將系統(tǒng)分配過(guò)程分為初次分配和再分配，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行可重構(gòu)性指標(biāo)的初次分配，很好地解決了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)可重構(gòu)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不足的特點(diǎn)，并根據(jù)專(zhuān)家評(píng)分等方法給各分系統(tǒng)分配不同的最小可重構(gòu)度，從而得到與重構(gòu)重要性相符的初次分配結(jié)果。啟發(fā)式方法用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的可重構(gòu)性指標(biāo)再分配，能有效地處理串聯(lián)系統(tǒng)冗余分配的問(wèn)題，通過(guò)比較不同方案的敏感因子，得到滿足系統(tǒng)可重構(gòu)度的配置方案，相比于直接尋查法，它能更好地優(yōu)化配置系統(tǒng)的資源，同時(shí)它的計(jì)算量較少，在實(shí)際工程領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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Reconfigurable Allocation of Satellite Attitude Control System

XIANG Changyi1YANG Hao1CHEN Yuehua2JIANG Bin1LIU Chengrui3,4

1. College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China 2. Academy of Frontier Science, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China 3. Beijing Institute of Control Engineering, Beijing 200233, China 4. Science and Technology on Space Intelligent Control Laboratory, Beijing 200233, China

Areconfigurableallocationwithconstraintsforthesatelliteattitudecontrolsystem,ispresentedinthepaper.Thisallocationcanbedividedintoprimaryandsecondaryallocationaccordingtothefeatureofreconfigurabilitydatadeficiencyandtherequirementsofresourceoptimization.Theprimaryallocationbasedonfuzzycomprehensiveevaluationmethodisproposedinviewoftheuncertaintyofindicatorsandambiguityofhumanknowledge.Thesimulationresultsshowtheeffectivenessandfeasibilityoftheproposedmethod.Aimedatapproachingtheoptimalsolution,anewheuristicalgorithmisproposed.Thenthesecondaryallocationofthesystemuseboththenewheuristicalgorithmandthedirectsearchmethod.Thesimulationresultsshowthattheformermethodismuchmoreeffectivewithlowcomputationloadsandaccurateresults.

Reconfigurableallocation;Satelliteattitudecontrolsystem;Fuzzycomprehensiveevaluationmethod;Heuristicalgorithm

*國(guó)家自然科學(xué)基金(61203091,61104116,61273171);上海航天科技創(chuàng)新基金(SAST201234);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金 (NS2012069)

2013-03-12

項(xiàng)昌毅(1988-)，男，江西人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣收显\斷與容錯(cuò)控制；楊 浩(1982-)，男，江蘇人，副教授，主要研究方向?yàn)楣收显\斷與容錯(cuò)控制；程月華(1977-)，女，安徽人，副研究員，主要研究方向?yàn)樾⌒l(wèi)星姿態(tài)控制、故障診斷與容錯(cuò)控制；姜 斌(1966-)，男，江西人，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣收显\斷與容錯(cuò)控制；劉成瑞(1987-)，男，河北人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楹教炱鞴收显\斷與可靠性研究。

TP277; V448.22

A

1006-3242(2014)02-0046-07