CN108919820B - 数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法。数字飞行器姿轨控部件包括敏感器与执行机构。在部件安装信息与部件模型代码的基础上，人工智能替代人书写数字飞行器姿轨控部件组合的物理量输入函数、部件组合的初始化函数、部件组合状态量刷新函数与部件组合物理效应计算函数，实现了飞行器闭环控制***中姿轨控部件组合源代码的智能书写。本发明使用人工智能替代人，依据数字飞行器姿轨控单个部件的模型代码与安装方式，智能书写姿轨控部件组合在整套数字飞行器仿真程序中的源代码，提高了编写效率，降低了飞行器仿真成本。

Description

数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法

技术领域

本发明涉及飞行器设计领域，更具体的说是涉及一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法。

背景技术

飞行器设计与研制过程中，为了保证飞行器最终应用的高可靠性，在设计中需要大量采用现有设计的主流方法，并且需要进行仿真验证与地面试验。其中有一些地面试验不能完全的反映飞行器真实在轨工作状况，而且成本高昂，因此受到了限制。

数字飞行器仿真验证没有环境条件的限制，而且只要模型建立足够精确，就能够较好的模拟出飞行器的工作状况，因此仿真验证方法在飞行器设计中得到了广泛的应用，并且飞行器数值仿真已经用于飞行器设计的验证。

在数字飞行器搭建的过程中，需要编写大量的源代码，工作量大。目前基本依靠人手工保证数字飞行器仿真代码中数据传递内容与格式的一致性，费时费力，且难以在同一套仿真程序中形成一个较为稳定规范的数据传递格式，降低了代码的可读性与可维护性。使用人工智能替代人书写数字飞行器源代码，可以根据飞行器的具体设计情况，自主编写飞行器仿真模型的源代码，依据飞行器结构设计结果与单个飞行器姿轨控部件模型实现部件的组合分配，将人从繁重的数字飞行器源代码编写过程中解放出来。

因此，如何提供一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，本发明克服现有技术的不足，使用人工智能程序员替代人进行数字飞行器源代码书写，可以依据单个数字飞行器姿轨控部件的模型代码与安装方式，智能书写姿轨控部件组合在整套数字飞行器仿真程序中的源代码，提高了编写效率，降低了飞行器仿真成本。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，依据具体的飞行器设计，得到数字飞行器姿轨控部件的安装信息与部件组合方式信息；

步骤二，收集数字飞行器姿轨控单个部件的模型函数；模型函数包括初始化函数，状态量刷新函数与物理效应计算函数；

步骤三，依据步骤二中数字飞行器姿轨控单个部件的模型函数，定义单个部件的输入量与单个部件的输出量；

步骤四，依据步骤一中定义的姿轨控部件的组合方式信息，与步骤三中定义的单个部件的输入量与单个部件的输出量，针对部件组合方式书写部件组合物理量输入函数；

步骤五，依据步骤一中的部件安装信息与部件组合信息，与步骤二中的单个部件初始化函数，书写部件组合的初始化函数。初始化函数用于为部件内部变量组设定初始数值；

步骤六，依据步骤一中部件的组合信息，将步骤二中单个部件的状态量刷新函数、单个部件的物理效应计算函数进行组合，生成部件组合的状态量刷新函数与部件组合的物理效应计算函数。

优选的，在数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法中，在所述步骤一中，数字飞行器姿轨控部件的安装信息包括两种表示方法。

表示方法1：使用安装位置坐标与部件的安装向量表示部件的安装信息。

表示方法2：使用部件的安装位置坐标与部件的安装矩阵表示部件的安装信息。

数字飞行器姿轨控部件的部件组合方式信息，定义为数字飞行器设计结果中，从同一类的所有部件中选取的组合。例如数字飞行器设计结果中动量轮有4个，记作A、B、C、D。组合中仅包含前3个动量轮，记作ABC。

优选的，在数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法中，在所述步骤二中，

初始化函数设置部件的安装信息与部件内部状态量的具体初始数值。具体初始数值的输入形式包括但不限于仿真程序代码内部直接书写，外部文件读取，以及进程间数据传递。

优选的，在数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法中，在所述步骤三中，

敏感器的输入量包括物理环境模拟模块提供的物理量，敏感器的输出量包括姿态轨道控制***所需的数字信号，以及物理环境模拟模块所需的物理量。

执行机构的输入量包括姿态轨道控制***产生的指令，执行机构的输出量包括物理环境模拟模块所需的物理量。

优选的，在数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法中，最终获得的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码包括：

1)部件组合物理量输入函数

2)部件组合状态量刷新函数

3)部件组合物理效应计算函数

4)部件组合初始化函数

5)部件内部变量组

其中，部件内部变量组包含部件安装信息与部件内部状态量。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，使用人工智能替代人书写数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码，可以根据任务要求，并且依据单个数字飞行器姿轨控部件的模型代码与安装方式，自主编写数字飞行器源代码，将人从繁重的数字飞行器源代码编写过程中解放出来。本发明具体通过对飞行器设计结果中部件的安装信息与组合方式的规范化描述，以及收集单个部件的模型函数，对整套飞行器源代码中姿轨控部件组合的仿真代码进行了自动化与智能化的书写，降低了飞行器的仿真成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明数字飞行器姿轨控***的数据传输关系示意图；

图2附图为本发明数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法的整体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，本发明克服现有技术的不足，使用人工智能替代人进行数字飞行器源代码书写，对书写过程中遇到的代码的编写、姿轨控部件组合分配中数据连接关系等问题，可以依据飞行器结构设计结果与单个姿轨控部件模型智能书写部件组合的源代码，提高了编写效率，降低了飞行器仿真成本。

请参阅图1，图1为本发明中数字飞行器姿轨控***的数据传输关系示意图。在此基础上，图2给出了数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法的整体流程示意图。本发明数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法具体包括以下步骤：

步骤S101：依据具体的飞行器设计，得到数字飞行器姿轨控部件的安装信息与部件组合方式信息。

在飞行器本体坐标系下，单个部件的安装信息有两种表示方法。第一种表示方法使用安装位置坐标与部件的安装向量。第二种表示方法使用部件的安装位置坐标与部件的安装矩阵。不同的表示方法需根据部件所属的不同种类选取。

在飞行器本体坐标系下，将属于同一部件类型的姿轨控部件总数记作N。例如数字飞行器中星敏感器这一部件类型的敏感器总数为1，即N＝1；数字飞行器中动量轮这一部件类型的执行机构总数为4，即N＝4，其余情况以此类推。N为数字飞行器中实际包含的同一类型的姿轨控部件的总数。

同一部件类型的姿轨控部件中，不同组合方式的总数记作C。每种组合方式包含的部件个数记作M_j，满足

1≤j≤C

例如，数字飞行器中包含4个动量轮，记作N＝4。4个动量轮一共有“三正装”、“三正装一斜装”这2种组合方式，记作C＝2。“三正装”组合方式中包含三个动量轮，记作M₁＝3。“三正装一斜装”组合方式中包含4个动量轮，记作M₂＝4。

在同一部件类型姿轨控部件的N个部件中，第i个部件的安装位置坐标即为该部件仪器坐标系的原点在飞行器本体坐标系下的坐标，记作S_i：

S_i＝(x_si,y_si,z_si)

针对数字飞行器姿轨控部件中星敏感器这一部件类型的敏感器，选取上述第二种方法表示部件的安装信息。N个星敏感器中第i个星敏感器的安装矩阵定义为从卫星本体坐标系转换到该部件仪器坐标系的坐标转换矩阵，记作L_{sb_i}。

针对针对数字飞行器姿轨控部件中动量轮这一部件类型的执行机构，选取上述第一种方法表示部件的安装信息。N个动量轮中第i个动量轮的安装向量在卫星本体坐标系中记作V_i。

V_i＝(x_vi,y_vi,z_vi)

步骤S102：收集数字飞行器姿轨控单个部件的模型函数。模型函数包括初始化函数，状态量刷新函数与物理效应计算函数。

初始化函数在仿真开始前依据飞行器设计结果设定部件内部状态量的初始值。以动量轮为例，初始化函数设定动量轮的t₀时刻的初始转速均为ω₀＝314rad/s，转子转动惯量为J＝0.05kg·m²。初始化函数还负责设定部件的安装信息。

状态量刷新函数依据仿真步长、上一时刻的状态量信息、外部的输入物理量与物理学公式计算下一时刻的状态量，并替换掉上一时刻的状态量。以动量轮为例，仿真步长为dt＝0.1s，上一时刻转速为ω₀＝314rad/s，电机在一定外部电压与电流作用下产生力矩M＝0.1N·m，则依据物理学公式

Mdt＝Jdω

得到下一时刻t₁时，动量轮的转速ω₁为

ω₁＝314.2rad/s

物理效应计算函数负责计算在一个仿真步长内，部件对外产生的物理效应，包括但不限于力学效应、电磁学效应、热学效应以及对外输出的数字信号。如动量轮沿轴向对外输出力矩大小在一个仿真步长内的平均值，部件供电电压与通过电流在一个仿真步长内的平均值，以及在一个仿真步长内对外释放的热量。数字信号包括动量轮内部转速测量值与轴温测量值等。

步骤S103：依据步骤S102中数字飞行器姿轨控单个部件的模型函数，定义单个部件的输入量与单个部件的输出量。

对于敏感器而言，数字飞行器仿真程序的物理环境模拟模块RTC向敏感器提供部件所需物理量，经过敏感器的状态量刷新函数与物理效应计算函数计算，向数字飞行器的姿态轨道控制***ADCS提供数字信号，向物理环境模拟模块RTC提供部分物理量。

以星敏感器为例，数字飞行器仿真程序的物理环境模拟模块RTC向第i个星敏感器提供春分点地心惯性坐标系下描述飞行器当前姿态的四元数Q_1i，经过第i个星敏感器的状态量刷新函数与物理效应计算函数，计算出第i个部件仪器坐标系相对于春分点地心惯性坐标系的姿态四元数Q_2i，发送给数字飞行器的姿态轨道控制***ADCS。则第i个部件的输入物理量为Q_1i，第i个部件的输出物理量为Q_2i。其余物理量的定义方法与此类似。

对于执行机构而言，执行机构需要接收姿态轨道控制***ADCS发出的指令，经过状态量刷新函数与物理效应计算函数计算后，向物理环境模拟模块RTC发送物理量。

以动量轮为例，第i个动量轮接收姿态轨道控制***ADCS发出的转子角加速度指令A_i，经过状态量刷新函数与物理效应计算函数计算后，向物理环境模拟模块RTC发送物理量，如输出力矩M_i。第i个部件的输入物理量为A_i，第i个部件的输出物理量为M_i。其余物理量的定义方法与此类似。

步骤S104：依据步骤S101中定义的姿轨控部件的组合方式信息，与步骤S103中定义的单个部件的输入量与单个部件的输出量，针对部件组合方式书写部件组合物理量输入函数。

对敏感器而言，部件组合物理量输入函数通过函数参数等方式获得物理环境模拟模块RTC中的物理量，写入部件内部变量组，变量组的个数等于部件个数N。状态量刷新函数依据部件内部变量组进行计算，更新变量组中的状态量。物理效应计算函数依据部件内部变量组进行计算，将数字信号输出到姿态轨道控制***ADCS中，将其余物理效应输出到物理环境模拟模块RTC中。

对执行机构而言，部件组合物理量输入函数通过函数参数等方式从姿态轨道控制***ADCS中获取指令信息，写入部件内部变量组，变量组的个数等于部件个数N。状态量刷新函数依据部件内部变量组进行计算，更新变量组中的状态量。物理效应计算函数依据部件内部变量组进行计算，将运算结果输出到物理环境模拟模块RTC中。

步骤S105：依据步骤S101中的部件安装信息与部件组合信息，与步骤S102中的单个部件初始化函数，书写部件组合的初始化函数。初始化函数用于为部件内部变量组设定初始数值。

以动量轮为例：动量轮组合的初始化函数为N个动量轮的安装位置、N个动量轮的安装向量与N个动量轮的包括转动惯量在内的部件内部状态量分别写入初始数值。

步骤S106：依据步骤S101中部件的组合信息，将步骤S102中单个部件的状态量刷新函数在部件组合的状态量刷新函数中进行有选择的调用，将单个部件的物理效应计算函数在部件组合的物理效应计算函数中进行有选择的调用。

以动量轮“三正装”构型为例，动量轮这一类的部件共安装了4个，记作动量轮A、动量轮B、动量轮C、动量轮D。在“三正装”构型中，部件组合只包括动量轮A、B、C。在部件组合的状态量刷新函数与部件组合的物理效应计算函数中只调用4个动量轮中的这3个，剩下的一个不予调用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，依据具体的飞行器设计，得到数字飞行器姿轨控部件的安装信息与部件组合方式信息；

步骤二，收集数字飞行器姿轨控单个部件的模型函数；所述模型函数包括初始化函数，状态量刷新函数与物理效应计算函数；

步骤三，依据步骤二中数字飞行器姿轨控单个部件的模型函数，定义单个部件的输入量与单个部件的输出量；

步骤四，依据步骤一中定义的姿轨控部件的组合方式信息，与步骤三中定义的单个部件的输入量以及单个部件的输出量，针对部件组合方式书写部件组合物理量输入函数；

步骤五，依据步骤一中的部件安装信息与部件组合信息，与步骤二中的单个部件初始化函数，书写部件组合的初始化函数；

初始化函数用于为部件内部变量组设定初始数值；

步骤六，依据步骤一中部件的组合信息，将步骤二中单个部件的状态量刷新函数、单个部件的物理效应计算函数进行组合，生成部件组合的状态量刷新函数与部件组合的物理效应计算函数；

所述步骤三中，

所述数字飞行器姿轨控部件，定义为敏感器与执行机构两类；

所述敏感器的输入量包括物理环境模拟模块提供的物理量，敏感器的输出量包括姿态轨道控制***所需的数字信号，以及物理环境模拟模块所需的物理量；

所述执行机构的输入量包括姿态轨道控制***产生的指令，执行机构的输出量包括物理环境模拟模块所需的物理量。

2.根据权利要求1所述的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤一中，

数字飞行器姿轨控部件的安装信息使用两种表示方法：

表示方法1：使用安装位置坐标与部件的安装向量表示部件的安装信息；

表示方法2：使用部件的安装位置坐标与部件的安装矩阵表示部件的安装信息。

3.根据权利要求2所述数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述表示方法根据部件所属的不同种类选取。

4.根据权利要求1所述的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，在步骤二中，所述初始化函数依据输入的初始数值，设置部件安装信息与部件内部状态量的初始值，为初始化函数输入初始数值的形式包括但不限于仿真程序代码内部直接书写，外部文件读取，以及进程间数据传递。

5.根据权利要求1所述的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤三中，

对敏感器而言，部件组合物理量输入函数通过函数参数方式获得物理环境模拟模块RTC中的物理量，写入部件内部变量组，变量组的个数等于部件个数；

状态量刷新函数依据部件内部变量组进行计算，更新变量组中的状态量；物理效应计算函数依据部件内部变量组进行计算，将数字信号输出到姿态轨道控制***ADCS中，将其余物理效应输出到物理环境模拟模块RTC中。

6.根据权利要求1所述的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，所述步骤三中，

对执行机构而言，部件组合物理量输入函数通过函数参数方式从姿态轨道控制***ADCS中获取指令信息，写入部件内部变量组，变量组的个数等于部件个数；

状态量刷新函数依据部件内部变量组进行计算，更新变量组中的状态量；物理效应计算函数依据部件内部变量组进行计算，将运算结果输出到物理环境模拟模块RTC中。

7.根据权利要求1所述的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码人工智能书写方法，其特征在于，

最终获得的数字飞行器姿轨控部件组合分配源代码包括：

1)部件组合物理量输入函数

2)部件组合状态量刷新函数

3)部件组合物理效应计算函数

4)部件组合初始化函数

5)部件内部变量组

其中，部件内部变量组包含部件安装信息与部件内部状态量。

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