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《国防科学技术大学》 2014年
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导弹多学科集成方案设计系统及其关键技术研究

王东辉  
【摘要】:国际形势的变化,战争样式的演变对导弹一方面提出了越来越完备的性能需求,比如隐身、高超声速等;另一方面则提出了越来越严苛的设计要求,比如高质量、低成本、短周期等。这都给导弹研制提出了严峻挑战,传统设计方法逐渐难以满足新形势下的导弹研制需要,迫切需要设计方法的革新及其支撑技术的发展。有鉴于此,本文针对导弹多学科集成方案设计方法及其支撑系统进行了研究,围绕集成方案设计系统的顶层框架、集成产品信息模型、多学科协同技术、寻优策略以及系统构建等内容开展研究,设计实现导弹多学科集成方案设计系统,促进导弹设计水平的提高,并为其它飞行器设计提供借鉴。论文研究工作如下:提出并建立了导弹多学科集成方案设计系统顶层框架。基于导弹传统方案设计过程分析,提出了多学科集成方案设计方法;基于导弹多学科集成方案设计过程基本特点,提出了基于集成产品模型(IPM)的导弹多学科集成方案设计系统,明确了基于IPM实现的导弹多学科集成方案设计系统应具备的功能特征;据此分别从运作、系统、技术三方面对系统体系结构进行分析和设计。提出并建立了基于本体的导弹多学科集成产品信息模型。将本体引入导弹产品模型构建以弥补当前各类产品模型的不足,提出了基于四层架构的导弹集成产品信息建模方法:通过对导弹方案设计领域中最普遍的概念以及这些概念间关系的分析抽象出集成产品模型元本体,基于建模元本体从四个方面构建了导弹产品领域模型,即结构模型、资源模型、过程模型和知识模型;基于导弹集成产品信息建模方法,建立了集成产品信息模型四步实现框架。研究提出了导弹集成方案设计中多学科协同的理论、模型和方法。1)在多学科集成产品信息模型支撑下,提出了基于语义驱动的导弹多学科应用集成模型—信息转换器。信息转换器的功能通过构造信息筛选器和信息组织器两部分实现。2)建立了基于DSM重构的控制流调度方法,以逆反馈带宽之和最小为目标,采用遗传算法实现优化DSM重构过程,构建了执行算法解析重构后的DSM获得多学科应用控制流最优调度策略。研究提出了导弹多学科集成方案设计寻优策略理论、模型和算法。1)提出了基于采样点密度和矩估计的高斯核宽度确定方法,可适用于Kriging函数、径向基网络以及支持向量回归三类近似模型。2)建立了基于近似模型和自适应采样策略的序列近似优化方法。近似模型采用本文提出的高斯核宽度确定方法,针对非均匀分布的采样集合保持有较高的近似精度。提出了一种自适应采样策略,通过平衡优化过程中的探索和开发,该方法兼具全局寻优和高效收敛性能。3)首次将支持向量分类器引入序列近似优化方法,建立了基于分类器实现的改进序列近似优化方法,有效消除了大量无效计算,避免计算资源浪费,显著提高了设计效率。应用上述研究成果并结合实际需求,设计并实现了一个完整、高效、实用的导弹多学科集成方案设计系统—MIMCDE,分别从总体架构、软件平台、硬件支撑以及功能模块等方面对系统实现进行描述;最后以某地地战术导弹为例,验证了本文提出的理论、方法及所构建系统的可行性、有效性与正确性。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TJ760

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