桁架式静止轨道卫星平台多学科多任务设计优化

《桁架式静止轨道卫星平台多学科多任务设计优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、桁架式静止轨道卫星平台多学科多任务设计优化彭磊2014年12月中图分类号：V423.4UDC分类号：629.7桁架式静止轨道卫星平台多学科多任务设计优化作者姓名彭磊学院名称宇航学院指导教师刘莉教授答辩委员会主席黄海教授申请学位级别工学博士学科专业飞行器设计学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015.01.18MultidisciplinaryMultimissionsDesignandOptimizationforTrussGeostationaryOrbitSatelliteBusCandidate:PENGLeiSchoolorDepartment:Schoolof

2、AerospaceEngineeringSupervisor:Prof.LIULiChair,ThesisCommittee:Prof.HUANGHaiDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:FlightVehicleDesignDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyDateofDefence:2015.01.18北京理工大学博士学位论文摘要随着通信卫星应用领域的不断拓展，为适应卫星平台质量与稳定性更为严苛的设计要求，桁架式静止轨道卫星平台成为了当前国内外研究热点。卫星平台总体设计是一个复杂的系统工程

3、，涉及几何、结构、推进、控制、热控等多个子学科（分系统），各子学科相互影响，相互制约。在充分考虑各子学科耦合与设计要求的前提下，为了提高设计效率，缩短设计周期，降低设计成本，针对桁架式静止轨道卫星平台的多学科设计优化具有很高的研究价值。本文从桁架式静止轨道卫星平台的设计任务着手，对各设计任务建模与分析方法、相应的多学科设计优化策略，以及实现模块化桁架式静止轨道卫星平台多学科优化软件等方面展开深入研究。主要包括以下几个方面：(一)对静止轨道卫星平台和多学科设计优化的研究意义，以及国内外研究现状进行了的总结与论述。为进行桁架式静止轨道卫星平台多学科设计优化提供必要的参考，并详

4、细阐述了基于代理模型的优化策略的发展趋势，为本文后续研究提供支持。(二)针对桁架式静止轨道卫星平台几何结构耦合参数优化、小推力器布局和舱内仪器布局三个设计任务，分别开展了几何结构耦合参数集成设计系统、推进剂耦合过程建模分析以及舱内仪器布局优化策略研究，建立了各任务分析与优化数学模型，为桁架式静止轨道卫星平台多学科建模提供模型基础。(三)通过整理卫星平台几何结构耦合参数优化、小推力器布局和舱内仪器布局三个设计任务模型中所涉及的设计参数和子学科，梳理了不同学科之间的数据关系，完成桁架式静止轨道卫星平台设计结构矩阵。构建了桁架式静止轨道卫星平台优化问题的三要素，建立了桁架式静止

5、轨道卫星平台多学科优化模型。(四)针对桁架式静止轨道卫星平台学科模型分析耗时特点，提出了基于序列径向基函数代理模型的优化策略（SEO-SRBF）。该策略引入自适应代理模型的思想，采用重点采样空间技术在优化迭代过程中自适应地新增样本点，尽量将样本点分布到可能包含最优解区域，提高该区域的近似精度，达到降低设计成本的目的。标准测试算例和工程算例对比结果表明：SEO-SRBF在优化效率和寻优能力上都优于现有的常用自适应代理模型优化策略。(五)针对桁架式静止轨道卫星平台多学科设计优化问题的数学特点，基于I北京理工大学博士学位论文SEO-SRBF研究基础上，提出了基于序列径向基函数代

6、理模型的离散混合多目标优化策略（SRBF-MDC）。为解决设计变量离散连续混合问题，该策略采用连续松弛变量处理离散变量；为解决多个优化目标问题，该策略采用l2标准加权法和改进的pareto适应度函数将多目标转化为单一目标；为解决目标模型和约束条件计算耗时问题，该策略同时对所有计算耗时模型构造RBF代理模型，并利用重点采样空间技术进行更新。标准测试算例和工程算例对比结果表明：在相同的计算成本基础上SRBF-MDC获得的优化结果要好于现有的自适应代理模型约束优化策略。(六)为了解决桁架式静止轨道卫星平台多学科设计优化，在设计任务建模和SRBF-MDC研究的基础上，开发了模块化

7、桁架式静止轨道卫星平台多学科优化软件。该软件基于ModelCenter框架完成了各个学科模型（分系统）的封装，采用C#编程语言实现了SRBF-MDC优化器UI开发，并利用COM编程技术将优化器集成到ModelCenter框架中。最终，通过该软件完成了桁架式静止轨道卫星平台多学科多任务设计优化，优化结果满足设计要求。关键词：桁架式卫星平台；多学科设计优化；多任务设计优化；仪器布局设计；小推力器布局设计；几何结构耦合设计；代理模型技术；自适应代理模型；重点采样空间II北京理工大学博士学位论文AbstractWiththedevel