基于CPS的航电系统综合优化.pptx

基于cps的航电系统综合优化,1,综合航电系统,综合航电系统发展 ima-dima-networked ima,2,3,信息物理系统（cyber-physical system，cps） 2006，美国科学院，美国竞争力计划，cps重要研究项目 2007，美国，cps作为八大关键信息技术首位 2008，波音公司副总裁，“在波音公司，cps 将无处不在” 2010，国家863计划，“信息物理融合系统发展战略论坛”,信息物理系统,cps是目前公认的航电系统综合与优化的必由之路,4,研究背景,问题：如何基于cps进行航电系统综合与优化设计？,针对航电系统总体以及分系统，探索基于cps进行综合与优化设计的机理和方法,大飞机重大专项“民航空地网络关键技术研究”（2013.1-2013.12） 自然基金项目“基于认知无线电的宽带航空数据链基础理论研究”（nsfc60902002）,1）cps没有严格的定义 2）cps没有统一的建模和优化方法 3）cps如何在航电系统有效应用不清楚,难点：,任务：,二、航电系统建模与优化方法,5,6,物理系统映射向量：,约束条件： 唯一性约束： 资源约束： 其他约束：,信息系统映射向量：,数学模型,7,重量：,具有分层优先级的目标函数：, 安全性、可靠性相关量：计算模块负载等, 有效性相关量：重量、功耗、初装成本等,优先级,多目标优化问题,8,设3个目标函数： 可靠性指标 计算模块负载： 有效性指标 重量： 初装成本： 目标函数按优先级非增排序为： 设约束条件构成的初始解空间为,优化设计示例,带宽容的分层排序法解多目标优化问题: 在解空间内依优先级次序求解单目标优化问题 以一宽容量（松弛量）扩展最优解集，作为下一步的解空间,9,最优设计物理系统,最优设计信息系统,cpm：核心处理模块 rdc：远程数据中心,10,ima与dima性能比较,zhang chao, xiao jialuo. modeling and optimization in distributed integrated modular avionicsc. 2013 ieee/aiaa 32nd digital avionics systems conference (2013 ieee/aiaa 32nd dasc), syracuse, ny, usa, oct. 2013. （ei source） 张超，肖佳洛，一种分布式综合模块化航电（dima）系统建模与优化装置，申请中国专利，2013年12月.,ima计算模块负载比dima差 重量和初装成本差异相对较小： dima分布式结构引入更多cpm和rdc设备重量和成本，ima所有外设引线向电子舱汇集引入额外的线缆重量和成本,1,2,综合航电cps模型,11,locations,devices,物理系统,信息系统,processing resource,consumption of processing resource,安全性作为约束的优化方法,安全性约束变量 共享模块的安全性约束 错误管理的安全性约束 复用模块的安全性约束 目标函数可以是其它指标 (重量、成本、功耗等),12,粒子群优化,13,combined optimization problem,for each particle i, do this process.,after nparticle steps, the optimization result is gbest.,pbest: local best known position gbest: global best known position,安全性作为目标函数的优化,以安全性作为优化的目标函数 约束条件是其它信息和物理指标 采用多学科优化方法 cpm, rdc 对于每个“学科”优化方程如下,14,协同优化算法,15,优化结果,16,优化结果,约束函数:安全性 目标函数: 成本 优化方法: pso,最低成本是4000万.,成本,失效概率:,优化结果,17,约束函数: 信息物理指标 目标函数: 安全性 优化方法: 分解协调多学科优化,优化结果:,失效概率 3.6e-1