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月球车是一个典型的CPS(Cyber-Physical Systems),它对外界物理环境高度开放,信息与物理在网络环境中不断交互,通过计算、通信和控制的紧密融合来完成开放式的反馈控制过程,以实现对外界物理环境的实时感知,对月球车行为的智能决策,以及对资源的有效协调等。能量管理是保障月球车实时、高效地完成各项科学探测任务,为系统提供能量供给的基础。其中,太阳电池阵和电池的能量输出是随时间连续变化的物理过程,计算系统的任务调度是一个离散的计算过程,计算过程与物理过程通过持续不断地交互来保障月球车的可靠运行和可持续的能量供给。因此,月球车能量管理系统也是一个CPS。CPS信息和物理深度融合的思想打破了月球车传统调度与能量管理相分离的设计方法,月球车CPS能量管理必须将调度理论与能量管理技术相结合来发展新的方法。本文的主要工作体现在如下几个方面:1、研究了月球车CPS能量管理机制,结合其所具有的信息与物理深度融合和交互的典型特征,分析了物理实体和计算实体间的交互关系,建立了月球车CPS能量管理模型,为新型月球车CPS能量管理系统的研制提供了参考。2、针对FPPT调度策略没有考虑太阳电池阵的能量补给、电池的能量存储和任务能耗而导致其不能直接应用到月球车计算系统中的问题,提出了一种能量相关抢占阈值调度策略ERPT,并给出了抢占阈值分配算法,通过仿真实验验证了该策略可以有效减少任务抢占次数。3、针对任务调度策略需要自适应月球车CPS能量管理存在的非能量约束和能量约束两种情况的问题,提出了一种基于分组的能量自适应任务调度算法GATS。仿真实验结果表明该算法在非能量约束的情况下可以减少任务抢占次数,在能量约束情况下可以减少电池模式切换次数,提高电池的能量水平。4、针对太阳电池阵功率输出的非线性特征给月球车CPS能量管理可行性判定带来的挑战,提出了一种能量管理可行性判定方法,通过四种结合工作负载调度的能量管理策略在仿真实验环境下验证了该方法的有效性,并对比分析了四种策略对电池物理特性以及使用寿命的影响。仿真实验结果表明BEF策略可以减少电池循环次数和电池容量衰减。为了克服通过软件仿真的方法不能很现实地反映系统能耗和电池物理特性的变化,本文搭建了能量管理半实物仿真实验平台,分别对上下文切换对计算系统的能耗影响和四种能量管理策略对电池物理特性的变化进行了分析。在本文的实验环境下,上下文切换次数减少1%可降低系统能耗0.6%;BEF策略可以获得更高的电压水平。