收藏本站
《国防科学技术大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

卫星总体多学科设计优化理论与应用研究

赵勇  
【摘要】: 卫星总体设计属于典型的多学科问题。以多学科设计优化(MultidisciplinaryDesign Optimization,MDO)方法为核心实现设计优化与过程集成,对于提高卫星总体设计水平,实现卫星研制“快、好、省”的目标具有重要意义。论文以探索MDO方法与卫星总体设计过程相结合为目的,在系统研究MDO理论的基础上,建立了以分解、协调、搜索策略和MDO优化过程为核心的MDO理论研究主线,并将其应用于月球探测卫星和InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)卫星编队两类典型卫星总体优化设计问题。 在MDO理论研究方面: 首先,研究了基于图论的函数关系矩阵(Functional Dependency Table,FDT)与设计结构矩阵(Design Structure Matrix,DSM)分解策略,分析了基于超图的FDT分解模型和基于图论的DSM分解模型。算例测试结果表明:合理的学科分解有助于MDO问题快速准确地求解。 其次,提出了基于改进Kriging模型的响应面协调策略。该策略遵循变复杂度建模思想,结合了二次多项式模型和Kriging模型的优势。三个不同复杂度的算例测试结果表明:该策略可明显提高响应面的近似精度和计算效率,并改善基于响应面方法的MDO优化过程的收敛性能。 然后,研究了基于微粒群算法的设计空间搜索策略,提出了改进的微粒群算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)以及集成Powell法、模式搜索法与IPSO的混合微粒群算法。典型全局优化函数测试结果表明:两种改进算法在全局收敛性能和计算效率方面均有明显优势。 最后,提出了针对BLISS 2000(Bi-Level Integrated System Synthesis 2000)优化过程的改进形式——HBLISS(Hybrid BLISS 2000)。HBLISS集成了基于改进Kriging模型的响应面协调策略和基于混合微粒群算法的搜索策略,并利用HLA/RTI(High Level Architecture/Runtime Infrastructure)实现了并行。算例测试结果表明:HBLISS在学科自治性和收敛性能方面较有优势,其并行实现可显著缩短计算时间。 在MDO应用方面: 首先,探讨了基于MDO的卫星总体设计过程的建模问题,深入分析了卫星总体设计过程中的总体技术流程、总体方案流程及其模型体系,提出了模型树与方案树的概念,建立了卫星总体MDO的基本框架。 其次,综合上述研究成果,研究了月球探测卫星的MDO问题。针对此类以继承性设计为主的卫星总体设计问题,以单位信息量的成本最小为优化目标建立了总体参数优化模型,经合理学科分解后采用HBLISS进行集成和求解。优化结果较好地验证了HBLISS的可行性与有效性,并给出了较优的总体设计方案。 然后,研究了InSAR卫星编队的MDO问题。针对此类以创新性设计为主的卫星总体设计问题,以全球高程测量为背景,分析了编队构形、SAR天线及卫星平台总体参数间的耦合关系,以系统成本最小为目标构建总体参数优化模型,在合理学科分解的基础上利用并行HBLISS进行集成和求解。结果较好地体现了MDO方法的优越性,并为进一步的设计奠定了较好基础。 最后,在以上应用实例的基础上,建立了面向卫星总体的多学科集成设计系统,用于概念设计和初步设计阶段的卫星总体多学科设计、分析与优化。针对数字化设计系统的发展需求,提出了基于本软件系统构建卫星数字化集成设计系统的构想。 总之,论文研究初步形成了比较完整的MDO理论研究主线,并将其应用于月球探测卫星和InSAR卫星编队的总体优化设计,为探索MDO方法在卫星总体设计中的应用进行了有益的尝试,也为进一步的MDO理论与应用研究奠定了良好的基础。
【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】:2006
【分类号】:V423.41

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王振;成艾国;胡朝辉;包键;;MDO在汽车转向系统结构优化中的应用[J];计算机仿真;2011年08期
2 陶友瑞;韩旭;姜潮;刘迎春;;一种基于线性物理规划和两级集成系统综合方法的多目标多学科优化方法[J];中国机械工程;2011年11期
3 夏志方;刘义;范文慧;王威;;含有混合变量的协同优化方法研究[J];系统仿真学报;2011年S1期
4 郭健彬;曾声奎;;耦合系统考虑可靠性的多学科设计优化分解方法[J];计算机集成制造系统;2011年08期
5 罗明强;冯昊成;刘虎;武哲;;机翼结构有限元的快速建模及自动化调整[J];北京航空航天大学学报;2011年06期
6 张锦华;原思聪;张晓钟;郭海燕;;基于人工神经网络响应面技术的多学科优化方法研究及应用[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2011年03期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘蔚;操安喜;赵敏;崔维成;;两层分级多学科设计优化在AUV概念设计中的应用[A];中国造船工程学会2009年优秀学术论文集[C];2010年
2 王威;范文慧;常天庆;熊光楞;刘慧慧;;复杂产品多学科鲁棒设计优化方法研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
3 张磊;邱志平;王晓军;;基于响应面方法的多学科协同稳健优化设计方法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
4 蔡伟;陈小前;姚雯;;基于加速收敛BLISS的不确定性多学科设计优化[A];第六届中国不确定系统年会论文集[C];2008年
5 段勇;龚旭东;;基于多学科设计优化弹道导弹概念设计研究[A];探索 创新 交流——第三届中国航空学会青年科技论坛文集(第三集)[C];2008年
6 湛岚;沈琼;余雄庆;;基于CAD模型的机翼气动/结构多学科设计优化[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 尹海莲;余雄庆;;考虑制造成本的复合材料机翼结构优化设计[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 韩旭;陶友瑞;姜潮;;一种基于线性物理规划和两极系统集成分析方法的多目标多学科优化方法[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
9 王婧超;李立州;岳珠峰;;高层建筑三维气动结构耦合设计优化[A];第15届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2006年
10 邓文熙;张凌燕;吴文瑞;黄海;;考虑变轨要求的卫星总体参数优化研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 本报记者 徐恒;航空信息化:市场潜力大 应用待加强[N];中国电子报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵勇;卫星总体多学科设计优化理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2006年
2 陈炉云;基于多学科设计优化的潜艇结构-声辐射优化研究[D];上海交通大学;2008年
3 姜哲;多学科设计优化在桁架式Spar平台概念设计中的应用研究[D];上海交通大学;2010年
4 胡添元;飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 李响;多学科设计优化方法及其在飞行器设计中的应用[D];西北工业大学;2004年
6 刘孟祥;三效催化转化器高效长寿低排放优化设计理论及方法研究[D];湖南大学;2008年
7 冯佰威;基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D];武汉理工大学;2011年
8 刘蔚;多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D];上海交通大学;2007年
9 苏子健;多学科设计优化的分解、协同及不确定性研究[D];华中科技大学;2008年
10 钟小强;个性化产品快速响应设计方法研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵晟辰;基于ISIGHT的连杆有限元分析及多学科设计优化[D];江苏科技大学;2011年
2 焦利明;多学科设计优化理论在并联机构中的应用[D];郑州大学;2012年
3 原薇;基于可靠性的多学科设计优化[D];大连理工大学;2006年
4 虞跨海;航空发动机涡轮冷却叶片多学科设计优化技术研究[D];西北工业大学;2006年
5 陈文;基于多学科设计优化理论的数控机床综合误差补偿的并行算法[D];北京工业大学;2009年
6 袁亚辉;多学科设计优化及其不确定性研究[D];电子科技大学;2009年
7 白小涛;飞机多学科设计协同优化及近似技术研究[D];西北工业大学;2005年
8 葛杰;基于RSM的导弹总体设计优化系统研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
9 陈亚洲;基于粒子群优化的协同优化方法研究[D];华中科技大学;2007年
10 雷翠翠;水泵叶片的多学科设计优化理论与方法研究[D];扬州大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026