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Mixed integer programming modeling for the satellite three-dimensional component assignment and layout optimization problem

delete2025-01-01
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OA
AI
Y
Yufeng Xia
X
Xianqi Chen
L
Liu, Zhijia
W
Weien Zhou
W
Wen Yao *
Z
Zhang Zhongneng
DOI:10.1016/j.cja.2025.103415delete
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摘要

摘要

En 中文
卫星组件布局优化(SCLO)在卫星系统设计中至关重要。本文提出了一种面向工程需求的新型卫星三维组件分配与布局优化(3D-SCALO)问题,旨在优化卫星散热效果,同时考虑静态稳定性约束、组件间的三维几何关系以及特殊组件位置。3D-SCALO问题是一个具有挑战性的双层组合优化任务,涉及外层的离散组件分配变量优化和内层的连续组件位置变量优化,两者相互影响。为解决此问题,首先提出了一种混合整数规划(MIP)模型,将原始双层问题重构为单层优化问题,从而在更全面的优化空间中进行探索,同时避免迭代嵌套优化。然后,为在MIP框架内建模组件间的三维几何关系,提出了一种线性化三维Phi函数方法,能够以明确且有效的方式处理立方体组件间的非重叠和安全距离约束。随后,提出有限矩形法(FRM)以管理复杂形状组件的三维几何约束,通过用有限数量的立方体近似表示这些组件,扩展了几何建模方法的应用范围。最后,通过两个数值算例和一个实际工程案例验证了所提MIP模型的可行性和有效性,证实其适用于复杂形状组件和实际工程应用。© 2025 The Authors. Published by Elsevier Ltd on behalf of Chinese Society of Aeronautics and Astronautics. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
Keyword:
Mixed integer programming modeling
Three-dimensional compo-nent assignment
Layout optimization
Phi-function
Finite-rectangle method
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