AADL+: a simulation-based methodology for cyber-physical systems

AADL (architecture analysis and design language) concentrates on the modeling and analysis of application system architectures. It is quite popular for its simple syntax, powerful functionality and extensibility and has been widely applied in embedded systems for its advantage. However, it is not enough for AADL to model cyber-physical systems (CPS) mainly because it cannot be used to model the continuous dynamic behaviors. This paper proposes an approach to construct a new sublanguage of AADL called AADL+, to facilitate the modeling of not only the discrete and continuous behavior of CPS, but also interaction between cyber components and physical components. The syntax and semantics of the sublanguage are provided to describe the behaviors of the systems. What’s more, we develop a plug-in to OSATE (open-source AADL tool environment) for the modeling of CPS. And the plug-in supports syntax checking and simulation of the system model through linking with modelica. Finally, the AADL+ annex is successfully applied to model a lunar rover control system.     

分布式星球车定位及算法

外星球的未知环境要求星球车能够稳定且精确地自定位.我们首先引入了一种由中心计算机、星球车和无线传感器网络构成的分布式星球车定位系统模型.接着,结合粒子滤波和卡尔曼滤波的各自特点,提出了基于粒子滤波-扩展卡尔曼滤波(PKF)星球车导航的定位算法.PKF使用粒子滤波获取车体初始位置估计,之后使用扩展卡尔曼滤波继续跟踪星球车.当星球车遇到短暂无信号等情况时,PKF会根据系统状态在两种滤波算法中切换.仿真结果表明PKF定位算法具有很高的精度和稳定性以及较低的计算复杂度.     

基于月面巡视探测器与着陆器连接力学性能的仿真分析与试验验证

月面巡视探测器中的结构机构分系统和移动分系统是主要的承载结构,需承受发射段由于运载火箭产生的严酷的振动激励载荷,该载荷经过着陆器及连接边界传递后,在巡视器上会不可避免的产生"放大效应",为了尽量降低这种放大效应,减轻巡视器在发射段的承载载荷,着陆器与巡视器的连接方式是主要影响因素。文章以巡视器两个主要承载结构系统为研究对象,通过仿真分析、结构减重优化及试验验证,论证了应用在着陆器与巡视器上的两种连接方式的可行性和合理性,解决了巡视器与着陆器的连接问题。     

轮式移动机器人运动学建模方法

研究轮式移动机器人运动学建模方法问题。提出用于不规则地形下的轮式移动机器人运动学建模方法——轮心建模法(Wheel-center modeling,WCM)在分析多刚体链式机构运动的速度特性以及不规则地形上轮式移动机构转动角速度特性的基础上,建立车轮轮心速度的矢量表达式,即确立WCM。以六轮摇臂转向架月球漫游车的运动学建模为例,分析各关节转动角速度矢量在车体坐标系下的投影,并根据转动矢量方向在车体坐标系中变化与否,将矢量叉乘的投影写成不同的形式,利用车轮轮心坐标系、轮地接触坐标系相对于车体中心坐标系的齐次变换矩阵中的相应元素,将车轮轮心的速度矢量表达式投影到车体中心坐标系下,建立车体运动学模型,从中阐述WCM的方法和过程,并分析WCM的特点。用试验和仿真验证该建模方法的正确性。     

月球巡视器吊点张力控制系统的设计

为了在地表环境下搭建月球巡视器模拟试验平台,需要对巡视器进行重力补偿。根据地面车辆力学的知识和质心恒张力吊挂原理,分析了巡视器地面重力场下的受力,设计了巡视器吊点张力控制系统。控制系统根据张力控制杆偏移信号,采用PID控制器对吊索进行收放控制。当巡视器运动时,控制系统对巡视器前、后吊点进行变张力控制,保证巡视器吊点总合力的恒定,从而实现对巡视器的重力补偿。试验表明,该控制系统能灵活控制巡视器吊点张力,稳定可靠,满足试验要求。     

MOBILITY EVALUATION AND INNOVATION OF WHEELED SPACE ROVER

The mission and function requirements of lunar rover are analyzed, based on virtual prototype technology, the mobility evaluation theory and method for wheeled space rover are proposed, which provide a new way to study the innovative design of lunar rover. Based on the above theoretical system, an innovative lunar rover suspension system, which adopts a two-crank-slider mechanism, is proposed, and its dynamics model is created. Adopting virtual prototype technology, the ground adaptability, over-obstacle ability and driving placidity of the rover are evaluated in the virtual prototype software ADAMS. The analysis results show that the rover provides a high degree of mobility.     

新型月球车的特点与性能分析

随着国内外掀起的新一轮的探月高潮，新型的月球车越来越受到人们的关注。本文针对月球探测的特点和要求，提出了一种两轮并列式月球车，并对此月球车的特点和性能进行分析；同时，结合两轮并列式月球车的结构和性能，提出了以两轮并列式月球车为子系统的群控策略以降低月球探测的风险，提高月球探测的效率。     

GPS—RTK技术在山区公路测量中的应用

在山区公路测量中,由于存在高差大、地形多变、通视条件差等不利条件,传统测量方法放测不便且难以保证精度。GPS—RTK技术具有精确性好、实时快速、不受时空限制等特点,可充分保证测量的精度,同时加快了施测进度,在山区公路测量中具有很大优势。     

虚拟现实环境下月球车运动仿真系统设计研究

虚拟现实技术的出现为月球漫游车的设计、优化等提供了新的有效手段.研究了在虚拟现实环境下基于物理的月球车运动仿真系统,设计并构建了系统的功能模块和体系结构.研究了相关几何模型的真实感建模、月球车运动仿真、实时碰撞检测、多通道立体渲染等支撑技术,据此设计开发了一种月球车运动仿真的原型系统,该原型系统可实现月球车在真实感凹凸月面上的运动仿真,支持鼠标、键盘与虚拟月球车进行交互,具有良好的真实感和沉浸感.