طراحي بهينه جانمايي براي اجزاي يك سامانه كنترلي فضايي با استفاده از روش بهينه‌سازي گرادياني

Optimal layout design for a space control system modules using a gradient- based method

در اين مقاله مدل‌سازي جانمايي اجزا و بهينه‌سازي آن بررسي مي‌شود. يك سامانه كنترلي فضايي به‌عنوان نمونه مطالعاتي انتخاب شده است. اكثر كارهاي تحقيقاتي انجام شده در اين حوزه، المان‌هاي طراحي را به‌صورت اجزاي ثابت در طول زمان در نظر گرفته‌اند. در اين مقاله رويكرد جديدي بر مبناي جرم متغير اجزا مطرح شده است كه در آن تابع هدف كمينه كردن دامنه تغييرات مركز جرم در مدت كاركرد سامانه مي‌باشد. براي انجام جانمايي از دو روش تعامل انسان و كامپيوتر و روش مبتني بر بهينه‌سازي استفاده شده است. در فاز مدل‌سازي، مشخصات تمامي اجزاي سامانه به‌دست آمده‌اند. سپس چيدمان‌ها و جانمايي‌هاي متفاوتي براي اجزا در نظر گرفته شده است. براي هر مدل تغييرات مركز جرم در فضاي سه‌بعدي به‌دست آمده است. سپس مناسب‌ترين جانمايي از لحاظ دامنه تغييرات مركز جرم طراحي شده است. در گام بعدي، مدل رياضي سامانه مورد مطالعه به‌دست آمده است. مدل رياضي دربردارنده تابع هدف، قيود، متغير‌ها و پارامتر‌ها مي‌باشد. اين مدل رياضي اصلي‌ترين نقش را در انتخاب روش بهينه‌سازي ايفا مي‌كند. بر مبناي مدل رياضي و فضاي طراحي، روش بهينه‌سازي مبتني بر محاسبه گراديان تابع هدف استفاده شده است. با پياده‌سازي اين الگوريتم، جانمايي بهينه ارايه شده و نتايج روش بهينه‌سازي و روش تعامل انسان و كامپيوتر با يكديگر مقايسه شده‌اند. مقايسه نتايج بيانگر اين واقعيت است كه تكنيك‌ بهينه‌سازي به طور قابل ملاحظه‌اي مي‌تواند نتايج مسيله جانمايي را بهبود بخشد. در پايان نيز روش مورد استفاده و نتايج به‌دست آمده در اين مقاله با نتايج ارايه شده در مقالات مشابه مورد تحليل و بررسي قرار گرفته و اعتبار سنجي شده‌اند. مقايسه نتايج نشان‌دهنده كارايي بالاتر و دقت بيشتر روش پيشنهادي در اين مقاله در حل مسيله جانمايي مي‌باشد.

This paper focuses on layout modeling and optimization for a space control system. Majority of recent research works consider design components as constant elements over time. A new approach based onvariable mass components is proposed in this paper for whichthe objective function is to minimize mass center variation (MCV) range over time. The proposed approach consists of Human-computer interaction (HCI) and Optimization methods to perform the layout. In the modeling phase, using defined inputs, all system components are determined. Then different configurations and layouts for subsystems are modeled and MCV over time in three dimensional space is calculated for each model. Following this, according to permissiblerange for mass center changes, the most appropriate layout in terms of MCV amplitude is achieved. In the next step, mathematical model of achieved layout is defined. Mathematical model includes objective function, constraints, variables and parameters, play an important role in choosing appropriate optimization method. Based on mathematical model and design space, a gradient optimization method is selected. By applying this algorithm, optimum layout is proposed. Results of optimization and HCI design are compared. Comparison of the results shows that the optimization technique can significantly improve the results of the layout problem. At last, the results have analyzed and validated with similar research works. The results comparison show more efficiency and accuracy for the proposed method.