[发明专利]一种基于可重构性的受扰系统构型优化方法及系统

说明书

一种基于可重构性的受扰系统构型优化方法及系统，本发明专利将干扰影响纳入航天器系统的可重构性分析过程，在硬件备份冗余数量一定的条件下，以可重构度最大化为目标，通过优化系统的安装构型，提高已有硬件设备分配的合理性，充分利用不同硬件设备之间的内在关联关系，最大限度地发挥已有硬件设备的功能潜力，使得系统在故障情况下能够以尽可能小的代价恢复既有功能，提升航天器系统的自主重构能力。本发明方法与现有方法相比，不仅能够确保航天器系统既有的功能、性能保持不变，而且可以有效提升系统的可重构性，从而可以实现正常模式与故障模式的一体化设计，确保星上的有限资源得到全面的开发与利用。

技术领域

本发明涉及一种基于可重构性的受扰系统构型优化方法及系统，通过优化航天器系统的安装构型，提升已有硬件冗余备份分配的合理性，充分利用不同硬件设备之间的内在关联关系，使得系统在故障情况下能够以尽可能小的代价恢复既有功能，实现正常模式与故障模式的一体化设计，提升航天器系统的自主重构能力。实现系统既有硬件备份冗余的高效分配与合理利用，从而全面有效地改善航天器系统的在轨运行质量。通过在航天器控制系统上的应用，证明方法有效可行。

背景技术

为满足未来航天器安全可靠自主运行的发展趋势，必须提升整个航天器系统的自主故障处理能力，使系统发生故障后，依然能够维持安全运行状态，并尽可能地满足期望性能指标要求。系统的自动化程度越高，自主故障处理能力的要求就越发突出。重构控制是由美国国家航空宇航局(NASA)于1982年首先提出的概念，是目前系统自主故障处理的主要方法之一。实现重构控制的前提是航天器系统具有可以重构的能力，即可重构性。通过增加系统备份和优化冗余分配等技术手段，可以有效提升航天器系统的可重构性。

目前，可重构性研究尚处于起步阶段，存在很多不足。一方面，现有航天器系统的可重构性优化方法，没有考虑恶劣的运行环境和独特的运行条件等外部干扰带来的影响；事实上，干扰的存在会加速故障的恶化、引起控制偏差的扩散并造成有限资源的浪费，进而削弱系统的实际重构潜能。另一方面，在实际工程中，多采用增加硬件备份冗余的方式来提高系统的重构控制能力；但受成本与重量等因素的制约，航天器能够携带的备份数量有限；而且，即使采用硬件冗余，在航天器运行过程当中切换硬件设备(特别是执行机构)会在一定程度上影响系统的稳定性，由此引发的后果在某些工况(例如，航天器的高精度自主软着陆工况)是不被容许的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于可重构性的受扰系统构型优化方法及系统，不仅能够确保航天器系统既有的功能、性能保持不变，而且可以有效提升系统的可重构性，从而可以实现正常模式与故障模式的一体化设计，确保星上的有限资源得到全面的开发与利用。

本发明的技术解决方案是：一种基于可重构性的受扰系统构型优化方法，包括如下步骤：

S1，根据航天器系统参数，建立包含故障、干扰与时间约束的航天器系统模型；

S2，根据S1所得航天器系统模型，针对航天器的任务要求、当前健康状态以及所受约束条件和航天器系统具有可重构性需要满足的性能阈值，获取可重构度与航天器系统结构参数的关系；

S3，将航天器系统结构参数作为变量，根据S2所得可重构度关于系统结构参数的关系，对航天器系统设备的安装构型进行优化，直至航天器系统的可重构性满足要求。