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摘要：在研制運載火箭的過程中，現有的很多知識沒有得到有效的表示、組織和重用。因此開發一個知識管理系統實現對運載火箭研制中的知識表示、組織和重用是非常有意義的，可以縮短運載火箭的研制周期。研究了基于本體的運載火箭姿態控制知識管理系統，提出基于J2EE平臺的運載火箭知識表示、管理和重用的解決方案。整個系統實現對運載火箭姿態控制系統的本體解析、頻域特性分析和控制器設計，從而加快研制速度。

關鍵詞：運載火箭，姿態控制系統，本體，知識表示

在運載火箭姿態控制系統的研制過程中，已有的姿態控制系統設計知識尚未得到很好的表示和有效的重用?；诒倔w［1－3］的運載火箭姿態控制的知識管理系統，整合了對姿態控制本體模型的解析、頻域特性分析和控制器設計，有助于加快研制速度［4－5］。本文給出了這一知識管理系統開發的一些關鍵技術。

1系統總體方案設計

1．1系統結構

本系統的業務處理集中在服務端，所以系統主體采用B／S架構，同時需要建立本體模型，實現對姿態控制系統知識的表示；搭建數據庫，實現對頻域特性分析、控制器設計所涉及到的數據進行有效管理。頁面顯示的數據來自本體文件和數據庫，同時系統中所有的計算結果都保存到數據庫中。用戶通過頁面向服務器端發送請求，服務器在接受請求后進行相應業務流程處理，包括本體文件解析、數據庫訪問、頻域特性分析和控制器設計。系統主要由三個模塊構成：本體模型解析模塊、頻域特性分析模塊和控制器設計模塊。系統用戶界面采用JSP、HTML技術開發，后臺基于SSH框架開發，數據庫采用MYSQL數據庫管理系統來開發，服務器采用APACHETOMCAT7．0。

1．2本體模型建立

為了實現對運載火箭姿態控制系統方面知識的管理與重用，首先我們分析了整個姿態控制系統，將里面的知識和關系屬性抽取出來，基于這些知識和屬性，應用PROTEGE軟件建立本體模型，生成OWL文件，實現對運載火箭姿態控制系統本體建模。其中火箭姿態控制系統本體結構主要由箭體（被控對象）、測量機構、控制器（校正網絡）、伺服機構組成。而被控對象的知識主要包括俯仰通道、滾動通道和偏航通道的動力學方程、參數及其分析方法。

1．3數據庫設計

數據庫設計的過程，就是首先通過設計可以反映現實世界信息需求的概念數據模型，然后將其轉換成邏輯模型和物理模型，最終建立為現實用戶服務的數據庫系統。因此，數據庫設計的基本任務就是根據用戶的信息需求和處理需求，根據數據庫的支撐環境，設計一個結構合理、使用方便、效率較高的數據庫系統。數據庫設計要充分考慮數據存儲的有效性、穩定性及可擴展性。本系統采用的是MySQL數據庫管理系統，設計時應遵循以下原則：1）滿足三范式設計原則，對數據進行解耦，減少數據冗余；2）考慮并發控制，維護數據的正確性和一致性，可以利用加鎖機制；3）數據庫的操作要保證準確性和完整性。根據需求分析，設計實體對象，主要是火箭姿態控制各環節中不同的參數數據，包括：初始條件設置參數、剛體參數、晃動參數、振動參數，并實現對參數數據的解耦。在運載火箭姿態控制頻域分析階段所需的參數類別和種類都比較多，可通過建立索引加快數據庫的查詢效率；姿態控制中所用到的數據安全級別比較高，為了增加數據的安全性，在數據庫基表的基礎上建立對應視圖，避免直接操作數據庫。

2系統實現

2．1SSH框架系統采用

SSH（Spring＋Struts＋Hibernate）框架開發。SSH框架是目前主流的一種Web開發框架，用于構建靈活、易于擴展的Web應用程序。SSH框架的系統主要分為四層：表示層、業務邏輯層、數據持久層和實體層。Struts框架負責MVC（Model，ViewandController）的分離，控制業務跳轉和結果轉發，充當controller層；利用Hibernate框架實現對持久層的操作；Spring作為一個輕量級的IOC容器，負責中間層中的對象創建和管理對象及對象之間的依賴關系，并且能夠整合Struts2和Hibernate框架，發揮框架最大的作用當頁面發出請求后，Struts根據配置文件（Struts．xml）將ActionServlet接收到的Request請求內容轉發給相應的Ac-tion處理。在本體模型解析模塊中，用戶通過瀏覽器顯示的用戶界面發出查詢本體知識請求，ActionServlet將這一請求發送給Structs，后者依據配置文件，把這一請求轉給本體知識查詢Ac-tion處理；在業務層中，管理服務組件的SpringIoC負責向Action提供本體模型解析Model注入，實現本體解析業務邏輯，并返回請求處理結果至用戶界面。在頻域特性分析模塊和控制器模塊中，調用對應Action與相應Model注入與本體模型解析模塊業務流程一樣，所需的計算參數數據存放在數據庫中，系統通過Hibernate實現與數據庫的交互，獲取數據，調用對應的DAO組件請求并返回請求數據。

2．2本體模型解析模塊

為了實現對本體文件的解析，利用Apache公司提供的開源Jena工具包自己開發了一些工具類，實現對本體owl文件連接、查詢、修改等操作，以此來實現對本體owl文件進行解析。在與owl進行交互前，需要利用Jena中的model包中的Mod-elFactory創建本體模型并讀取owl本體文件，局部代碼如下：OntModelontModel＝ModelFactory．createOntologyModel(Ont-ModelSpec．OWL＿MEM);ontModel．read(″file:D:／test／aco．owl″);aco．owl為我們利用Protege軟件建立的火箭姿態控制知識本體模型文件；ModelFactory是jena工具包提供用來創建各種模型的類，在類中定義了具體實現模型的成員數據以及創建模型。當建立連接成功讀取到aco．owl文件后，基于Jena工具包開發對應的工具類就能進行查詢、修改等操作，從而實現本體文件解析。

2．3頻域特性分析模塊

在實際的研制過程中，知識需要與實際開發結合起來。通過加入頻域特性分析，能驗證火箭姿態控制效果是否滿足設計要求。為了實現在系統中頻域特性分析，在底層采用MATLAB編寫頻域特性分析程序，然后利用MATLAB自帶的BuiltJA實現了從MATLAB文件向Java能調用的jar文件的轉化。同時，為了將頻域特性曲線實時顯示給用戶，應用了WebFigures技術頻域特性分析模塊所涉及的參數均儲存在MySQL數據庫中。

2．4控制器模塊

運載火箭姿態控制系統控制器通常由一階微分環節、慣性環節、振蕩環節和二階微分環節組成。位于底層的控制器設計程序由MATLAB編寫，并用MATLAB自帶的BuiltJA技術實現代碼的轉化（由MATLAB轉化為jar），以方便后臺的調用。在給出一套控制器參數后，得到的頻域特性曲線可能無法滿足系統穩定裕度的要求，為此我們設計了基于本體的控制器參數推理機。為了實現控制器參數推理，首先基于經典控制理論和工程設計經驗獲得火箭姿態控制器參數調整規則，并建立這些規則的本體模型；在Protégé環境下實現這些規則的本體模型，生成其owl文件，并可由本體模型解析模塊對其進行解析。在系統運行過程中，推理機可基于當前頻域特性曲線、箭體參數、和姿態控制器設計推理規則的本體模型，給出調整的建議，以此來加快參數調整過程。系統在高頻段幅頻為負值，系統達不到穩定裕度要求，需要調整控制器參數，基于本體的控制器參數推理機給出控制器參數調整建議，加快調參過程。

3結束語

本文研究了運載火箭姿態控制系統知識的表示、管理和重用。通過基于本體的運載火箭姿態控制知識管理系統的開發，實現了對姿態控制系統的本體建模、本體解析、頻域特性分析和控制器設計的整合，加快了研制速度。同時系統功能模塊完整簡潔，交互界面友好，具有高可靠性、可擴展性、易用性等特點，有很好的應用價值。

參考文獻

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作者:張盛平 曹欣卉 汪崢 鄭宇 單位:東南大學自動化學院 上海交通大學機械與動力工程學院