【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器设计领域，更具体地，本专利技术涉及一种航天器平台与载荷一体化耦合建模方法。
技术介绍
1、在航天器设计领域，传统的设计方法往往将航天器平台和载荷分别建模和分析，这种方法忽视了两者之间的相互作用和影响，导致设计结果可能无法准确反映实际工作状态下的性能。此外，传统的设计过程缺乏有效的参数优化手段，往往依赖于经验或者单一目标的优化，难以满足复杂航天任务对系统性能的多方面要求。在动态响应分析方面，常规的数值积分算法可能因为步长固定而导致计算效率低下或者精度不足，无法适应复杂多变的航天器动态特性。
2、在实现本专利技术实施例过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题或缺陷：现有技术在处理航天器平台与载荷的耦合效应时，往往采用简化模型或者忽略某些关键因素，这限制了模型的准确性和适用性；同时，现有设计方法在参数优化方面缺乏系统性和全面性，难以实现多目标和多约束条件下的最优设计；再者，现有的动态响应分析方法在处理复杂系统时，可能因为算法本身的局限性而无法提供足够精确的分析结果，影响设计决策的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种航天器平台与载荷一体化耦合建模方法及一种航天器平台与载荷一体化设计优化方法。
2、在本专利技术的第一方面中，提供了一种航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，包括：
3、基于多体动力学和控制理论，对航天器平台和载荷进行一体化建模，再采用数值积分算法进行动态响应分析，得到系统耦合响应数据；
4、在
5、在满足系统性能指标的准则下，基于多目标优化算法和约束条件，搜索最优设计参数，对航天器平台和载荷进行一体化设计优化。
6、进一步地，所述数值积分算法是自适应步长法；所述动态响应分析的数学模型为：
7、
8、
9、
10、
11、
12、其中，和分别为在时间和的系统状态向量，为自适应步长，为系统动态方程，为法中的中间变量。
13、进一步地，所述对航天器平台和载荷进行一体化建模，包括：
14、将航天器平台和载荷的物理参数和动力学特性作为建模输入，根据前一设计周期的优化结果，估计当前设计周期的系统性能，并根据性能和设计参数选取最优的建模参数；
15、依据建模参数得到对应的系统模型，并依据系统模型得到动态响应的预测曲线；
16、依据预测曲线，采用数值积分算法设计控制律的参数；使用控制律分别对平台和载荷进行控制，然后采用对应建模参数的系统模型的动态响应系数对航天器平台和载荷进行一体化建模。
17、进一步地，所述最优的建模参数是不同设计参数下最小系统误差对应建模参数。
18、进一步地，所述在系统耦合响应数据中识别关键参数，包括：
19、将航天器平台和载荷的动态响应数据顺序经过信号处理、特征提取和识别每个关键参数的运算，得到关键参数域的响应结果；
20、搜索关键参数的最大响应位置，作为各参数位置，分段对多个相邻参数的响应位置进行曲线拟合，统计曲线拟合结果中每个参数的相对偏差和段内参数的平均偏差；
21、以平均偏差最小的参数段为段参数，并根据相对偏差阈值，选择参数位置，提取所选各参数位置的响应信息，选择最大响应的参数位置作为关键参数。
22、进一步地，所述灵敏度分析模型的参数范围为：
23、<mi>δp=[δ</mi><msub><mi>p</mi><mi>min</mi></msub><mi>,δ</mi><msub><mi>p</mi><mi>max</mi></msub><mi>]</mi>
24、
25、
26、其中，为参数向量，和分别为参数向量的最小值和最大值，为参数向量的标准差，为灵敏度分析的扩展因子。
27、进一步地，所述对航天器平台和载荷进行一体化设计优化，包括：根据系统性能指标将每个设计参数沿优化方向分成多段，先根据性能指标和约束条件，获取中央设计参数调整前和调整后的系统性能，再获取其它设计参数调整前和调整后的系统性能和约束条件。
28、在本专利技术的第二方面中，提供了一种航天器平台与载荷一体化设计优化方法，包括：
29、获取所述航天器平台与载荷一体化耦合建模方法得到的系统耦合响应数据；
30、基于多目标优化算法，将系统耦合响应数据划分为多个性能指标的数据块；
31、根据系统性能指标，利用cpu实时加载相应的数据块到内存中，并把将要优化的参数块加载到优化算法的搜索空间中；
32、基于约束条件，利用优化算法并行搜索多目标的最优解，得到航天器平台和载荷的最优设计参数。
33、进一步地，所述基于多目标优化算法，将系统耦合响应数据划分为多个性能指标的数据块，包括：按照预置的性能指标阈值，采用多目标优化算法，对系统耦合响应数据进行逐层划分，得到各子块，根据相邻子块内的性能指标，对相邻子块进行合并，直至达到子块性能指标阈值，得到多个数据块。
34、进一步地，所述根据系统性能指标，利用cpu实时加载相应的数据块到内存中，并把将要优化的参数块加载到优化算法的搜索空间中，包括：
35、根据当前系统性能指标计算需载入内存及缓存数据的系统耦合响应数据块地址；采用数据结构构建内存及缓存数据，并初始化载入缓存及内存系统耦合响应数据块；
36、当系统性能指标发生变化时，确定性能指标变化的类型，更新内存数据；计算缓存的更新阈值，确定是否需要清除缓存中无用数据以及是否载入外存数据至缓存中，并进行所需的清除或载入操作。
37、根据本专利技术的上述实施例至少具有以下有益效果：采用本专利技术的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，可以提高航天器系统设计的整体性能和可靠性。通过一体化建模和灵敏度分析，该方法能够精确识别和优化关键设计参数，从而在满足系统性能指标的同时，有效减少设计迭代次数和成本。此外，该方法通过自适应步长数值积分算法，可以提高动态响应分析的计算效率和精度，使得设计过程更加高效和精确。
38、进一步地，本专利技术的实施可以增强航天器平台与载荷的协同工作能力，通过多目标优化算法，实现在复杂约束条件下的最优设计，确保航天器在各种工作模式下均能保持最佳性能。这种方法的应用，不仅可以缩短航天器的研发周期，还能提高其在轨运行的稳定性和安全性。
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1.一种航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述数值积分算法是自适应步长法；所述动态响应分析的数学模型为：
3.根据权利要求2所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述对航天器平台和载荷进行一体化建模，包括：
4.根据权利要求3所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述最优的建模参数是不同设计参数下最小系统误差对应建模参数。
5.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述在系统耦合响应数据中识别关键参数，包括：
6.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述灵敏度分析模型的参数范围为：
7.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述对航天器平台和载荷进行一体化设计优化，包括：根据系统性能指标将每个设计参数沿优化方向分成多段，先根据性能指标和约束条件，获取中央设计参数调整前和调整后的系统性能，
8.一种航天器平台与载荷一体化设计优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的航天器平台与载荷一体化设计优化方法，其特征在于，所述基于多目标优化算法，将系统耦合响应数据划分为多个性能指标的数据块，包括：按照预置的性能指标阈值，采用多目标优化算法，对系统耦合响应数据进行逐层划分，得到各子块，根据相邻子块内的性能指标，对相邻子块进行合并，直至达到子块性能指标阈值，得到多个数据块。
10.根据权利要求9所述的航天器平台与载荷一体化设计优化方法，其特征在于，所述根据系统性能指标，利用CPU实时加载相应的数据块到内存中，并把将要优化的参数块加载到优化算法的搜索空间中，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述数值积分算法是自适应步长法；所述动态响应分析的数学模型为：
3.根据权利要求2所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述对航天器平台和载荷进行一体化建模，包括：
4.根据权利要求3所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述最优的建模参数是不同设计参数下最小系统误差对应建模参数。
5.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述在系统耦合响应数据中识别关键参数，包括：
6.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述灵敏度分析模型的参数范围为：
7.根据权利要求1所述的航天器平台与载荷一体化耦合建模方法，其特征在于，所述对航天...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡庆雷，李东禹，童尚，郑建英，吴晗，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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