自適應(yīng)構(gòu)件自適應(yīng)構(gòu)件

自適應(yīng)構(gòu)件是跟隨建筑信息模型（BIM）概念而產(chǎn)生的理念，作為某些特性參數(shù)可變的部件，貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的CAD和CAE過程。自適應(yīng)構(gòu)件主要表現(xiàn)為Revit族，主要應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)和水電供暖行業(yè)。但隨著建筑信息模型（BIM）的深化及普及，自適應(yīng)構(gòu)件將更廣泛的應(yīng)用于如勘測、土木工程、規(guī)劃等眾多領(lǐng)域。

在BIM項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，使用自適應(yīng)構(gòu)件功能，可以在整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的任意過程中，創(chuàng)立擁有變量參數(shù)的自適應(yīng)構(gòu)件。在隨后的設(shè)計(jì)過程中，如需要變動(dòng)，可直接修改某個(gè)參數(shù)，在不影響項(xiàng)目進(jìn)程的情況下，修改成新的方案。

使用自適應(yīng)構(gòu)件功能，可以輕松的自行創(chuàng)建內(nèi)建族文件，這些文件可沿用到另外的項(xiàng)目當(dāng)中，而不必重新設(shè)立參數(shù)。

自適應(yīng)構(gòu)件不同于概念體量。概念體量只是在三維空間中的特性形狀，本身沒有任何意義。自適應(yīng)構(gòu)件則是賦予了具體屬性的概念體量，例如賦予墻的屬性，就必須在概念體量的基礎(chǔ)上，添加材質(zhì)屬性，例如是磚墻還是木墻。按照這個(gè)賦予的屬性，我們就可以進(jìn)一步的進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)、工程計(jì)價(jià)等工作。同樣，在擁有了具體屬性后，就可以進(jìn)行CAE分析。

自適應(yīng)構(gòu)件在進(jìn)入CAE環(huán)節(jié)后，由于自身可能被賦予多種屬性，一般按照分析方法保留最主要屬性。選擇適合的有限元分析方法后，自適應(yīng)體量僅保存對(duì)該分析有主要影響的參數(shù)，其他屬性僅以體量形式存在，甚至忽略。2100433B

將變結(jié)構(gòu)控制與自適應(yīng)控制有機(jī)的結(jié)合起來的變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制，是解決參數(shù)不確定或時(shí)變參數(shù)系統(tǒng)問題的一種新型的控制策略。概括地說，所謂自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)控制，就是系統(tǒng)能自動(dòng)改變切換線斜率，對(duì)于給定的初始條件，其正常軌跡首先到達(dá)初始切換線上的滑模區(qū)，經(jīng)過若干次自適應(yīng)的斜率調(diào)整，最后使軌跡進(jìn)入最終切換線上的滑模區(qū)，在保持變結(jié)構(gòu)控制強(qiáng)魯棒性的前提下，以最快的速度實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制。自適應(yīng)變結(jié)構(gòu)控制可以實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的分散鎮(zhèn)定、模型跟蹤等復(fù)雜控制問題，所有這些研究，實(shí)際上是用變結(jié)構(gòu)思想來設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制系統(tǒng)。另一方面，在變結(jié)構(gòu)控制器中不連續(xù)項(xiàng)控制增益可以利用自適應(yīng)思想進(jìn)行在線估計(jì)，得到了一些研究結(jié)果。

近年來，變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)控制理論取得了一系列重要進(jìn)展，由于該方法具有良好的過渡過程性能和魯棒性，在工程上得到了很好的應(yīng)用，同時(shí)在衛(wèi)星姿態(tài)控制上也發(fā)揮了很重要的作用。設(shè)計(jì)一種新型的動(dòng)態(tài)滑動(dòng)模面，滑動(dòng)模面參數(shù)通過采用自適應(yīng)算法估計(jì)得到，從而實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的模型參考自適應(yīng)滑?？刂?這種滑?？刂破饕话愣夹枰珊教炱鲬T量陣不確定性的上下界來確定控制器的參數(shù)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種控制器仍然存在對(duì)航天器慣量及其不確定性的依賴。 2100433B

自適應(yīng)PID控制吸收了自適應(yīng)控制與常規(guī)PID控制器兩者的優(yōu)點(diǎn)。

首先，它是自適應(yīng)控制器，就是說它有自動(dòng)辨識(shí)被控過程參數(shù)、自動(dòng)整定控制器參數(shù)、能夠適應(yīng)被控過程參數(shù)的變化等一系列優(yōu)點(diǎn)；

其次，它又具有常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、可靠性高、為現(xiàn)場工作人員和設(shè)計(jì)工程師們所熟悉的優(yōu)點(diǎn)。自適應(yīng)PID控制具有的這兩大優(yōu)勢，使得它成為過程控制的一種較理想的自動(dòng)化裝置，成為人們競相研究的對(duì)象和自適應(yīng)控制發(fā)展的一個(gè)方向。 2100433B

多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的路由策略不同于傳統(tǒng)的靜態(tài)路由。雖然星座拓?fù)涫侵芷谛院痛_定性的動(dòng)態(tài)路由能夠動(dòng)態(tài)地維護(hù)路由表并適時(shí)地交換路由信息。自適應(yīng)路由策略需要知道網(wǎng)絡(luò)中每條ISL上的長度和通信量，自適應(yīng)地選擇符合有效性和可靠性要求的最優(yōu)路徑。路由計(jì)算應(yīng)用離散化的方式在每一個(gè)固定時(shí)刻t_k計(jì)算路由和更新路由表，t_k=kΔt，k=0,1,2,......,K?1并認(rèn)為在時(shí)間區(qū)間Δt內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變，路由恒定采用固定時(shí)間切換策略在路由表更新同時(shí)發(fā)生切換。

為了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析需要如下假定：

1. 網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星相互獨(dú)立；

2. 每顆衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)承擔(dān)不同業(yè)務(wù)負(fù)載按照業(yè)務(wù)模型而定；

3. 每個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)承載的業(yè)務(wù)獨(dú)立業(yè)務(wù)量與衛(wèi)星覆蓋的范圍大小和地理位置相關(guān)；

自適應(yīng)路由路由算法

路由算法采用Bellman-Ford后向路由算法最優(yōu)路徑的判則為該路徑的綜合權(quán)重(TPW，totalpathweight)TPW表示了一條路徑的時(shí)延和帶寬占用綜合性能，考慮的也是有效和可靠綜合性能。TPW由三部分組成，上行鏈路時(shí)延D_u、下行鏈路時(shí)延D_d和路徑上每個(gè)ISL_wi的鏈路權(quán)重LW_wi，表示路徑上ISL的集合W={w₁,w₂,.......,w_i,......,w_ns-1}，|W|=n_s?1表示該條路徑包含n_s?1條ISL，n_s為該路徑上的衛(wèi)星數(shù)量(包括源衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星)。其中地面源和目標(biāo)位置確定之后，采用仰角最大接入方案選定源衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星。

其中D_wi表示ISL_wi的傳輸時(shí)延，W_wi表示平均星上處理和交換時(shí)延，f是信息量權(quán)重參數(shù)。D_u、D_d和D_wi的求解只需知道衛(wèi)星空間位置坐標(biāo)，用鏈路長度除以傳輸速度即可，無需冗。

根據(jù)Jackson原理，針對(duì)數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)，可以將每條ISL看成單服務(wù)窗混合制排隊(duì)模型M/M/1/m，數(shù)據(jù)包到來的間隔時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，參數(shù)為β；服務(wù)時(shí)間是參數(shù)為μ為負(fù)指數(shù)分布，每條ISL有m個(gè)數(shù)據(jù)包排隊(duì)容量。當(dāng)系統(tǒng)中已有m個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，新來的數(shù)據(jù)包不再進(jìn)入排隊(duì)。數(shù)據(jù)包被丟棄，有

ρ=β/μ

數(shù)據(jù)包的平均處理和交換時(shí)延為

自適應(yīng)路由策略步驟

多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的路由策略步驟如下：

步驟1設(shè)定基本參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)初始化

步驟2固定一個(gè)時(shí)刻t_k，在該時(shí)間區(qū)間t求解衛(wèi)星軌道參量，計(jì)算衛(wèi)星位置坐標(biāo)和ISL長度，建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

步驟3按照設(shè)定的業(yè)務(wù)模型，計(jì)算MLSN的ISL負(fù)載

步驟4根據(jù)排隊(duì)理論，計(jì)算數(shù)據(jù)包星上處理/交換的時(shí)延，如式(14)所示

步驟5根據(jù)地面源/目標(biāo)位置，尋找每個(gè)衛(wèi)星層中源衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星(LEO、MEO和GEO源/目標(biāo)衛(wèi)星)

步驟6根據(jù)QOS需求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，選擇傳輸業(yè)務(wù)的衛(wèi)星層，按照Bellman-Ford路由算法尋找最優(yōu)路徑，缺省的業(yè)務(wù)承載衛(wèi)星層為LEO層，但是如果MEO源/目標(biāo)衛(wèi)星相同，且LEO源/目標(biāo)衛(wèi)星不同，執(zhí)行步驟9；如果GEO源/目標(biāo)衛(wèi)星相同，且LEO和MEO源/目標(biāo)衛(wèi)星不同，執(zhí)行步驟10；否則執(zhí)行步驟7

步驟7如果該LEO層路徑包含ISL數(shù)量≤ISL_LEO門限，執(zhí)行步驟8；如果該LEO層路徑包含ISL數(shù)量>ISL_LEO門限，且MEO層路徑包含ISL數(shù)量≤ISL_LEO門限執(zhí)行步驟9；否則執(zhí)行步驟10

步驟8建立LEO衛(wèi)星層最優(yōu)通信路徑，完成傳輸任務(wù)

步驟9建立MEO衛(wèi)星層最優(yōu)通信路徑，完成傳輸任務(wù)

步驟10建立GEO衛(wèi)星層最優(yōu)通信路徑，完成傳輸任務(wù)

步驟11統(tǒng)計(jì)多層網(wǎng)絡(luò)的特征參量，分析網(wǎng)絡(luò)性能

步驟12更新時(shí)間區(qū)間，完成新路由表計(jì)算，并完成衛(wèi)星越區(qū)切換

自適應(yīng)路由特征

多層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由策略具有如下特征：業(yè)務(wù)通過LEO源衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星接入衛(wèi)星系統(tǒng)，根據(jù)QOS需要和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)選擇傳輸該業(yè)務(wù)的衛(wèi)星層，如果LEO層網(wǎng)絡(luò)資源不能滿足該業(yè)務(wù)要求，就將該業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)到MEO層傳輸甚至GEO層傳輸對(duì)于地面源/目標(biāo)，直接接入MEO或GEO衛(wèi)星情況。因?yàn)槁酚伤惴▽?shí)現(xiàn)簡單，所以未作詳細(xì)分析。另外仿真結(jié)果所示，LEO層的路徑如果包含6條或7條ISL，時(shí)延將大于200ms。這時(shí)如果將該業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到MEO，傳輸時(shí)間更短，占用星上資源更少。而且如果地面源和目標(biāo)位置被同一MEO或GEO衛(wèi)星覆蓋這，時(shí)就將該業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)到MEO和GEO傳輸，以減少星上資源的占用。該策略考慮時(shí)延指標(biāo)和ISL帶寬占用狀況，最優(yōu)路徑選擇兼顧衛(wèi)星系統(tǒng)有效性和可靠性。