随着空间技术的发展,人类对太空的探索活动日益频繁,对空间机械臂这一执行机构的要求也越来越高。愈发恶劣的太空环境和日益复杂的空间探索任务对空间机械臂能支持在轨更新维护的需求越来越迫切。在难以对硬件设备进行在轨更换的情况下,通过更新空间机械臂控制软件的方式来改善机械臂的工作性能成为提升空间探索质量的可行途径。而在执行更新操作时,空间机械臂控制软件若发生软件停机,容易造成设备不可控,这将给空间机械臂带来巨大的安全隐患。因此,为实现软件的运行时更新,开展空间机械臂控制软件的动态更新技术研究具有至关重要的理论意义和实用价值。本文以空间机械臂控制软件为研究对象,针对空间机械臂控制软件体系结构设计与描述、空间机械臂控制软件动态更新策略研究、空间机械臂控制软件动态更新表征研究等关键技术开展研究。主要研究工作如下:首先,为实现软件的宏观设计与描述,开展空间机械臂控制软件体系结构设计与描述的研究。根据空间机械臂控制软件特点,明确对软件体系结构描述方法的需求。基于该需求,通过分析传统体系结构描述方法,并考虑空间机械臂的动态更新对软件体系结构变化的影响,提出了描述软件构件间逻辑关系的关系视图模型。在此基础上,结合关系视图模型和传统“4+1”视图模型,设计空间机械臂控制软件体系结构,从而实现从6个不同角度、3种逻辑关系上对软件进行刻画,以解决软件更新后对软件体系结构变化情况的描述问题,为软件的开发提供指导。其次,面向软件动态更新过程中的关键技术,开展空间机械臂控制软件动态更新策略研究。为解决软件更新后多构件共同工作带来多源数据结构不一,构件接口定义繁杂的问题,对传统的交互协议进行改进,在软件通信协议中增加自解释功能,并从构件不同的执行阶段入手,设计构件的接口调用形式,以实现构件的标准化调用。在此基础上,为实现数据的有序、高效传输,基于通信协议和构件接口设计数据传输策略;为实现软件的多构件更新,考虑现有空间机械臂的更新方法更新范围受限、缺乏对构件更新后的调度策略,故在XML语言的基础上设计软件的配置文件描述规则,通过配置文件向软件提供构件及构件间逻辑关系的变化情况,并结合插件技术,实现软件在运行时对多构件的更新和有序调度。再次,瞄准软件执行动态更新操作后的软件可靠性分析问题,开展空间机械臂控制软件动态更新表征研究。基于代数理论,对软件系统进行形式化表征,以解决软件内部行为对设计人员不可见的问题,从而为分析软件中的更新行为提供可行途径;在形式化表征方法的基础上,建立软件代数运算表达式,并分析构件间依赖关系和构件敏感度,以逆向指导软件设计。最后,基于空间机械臂控制软件更新实例,对本文所提方法进行验证。最后,开发空间机械臂模拟控制软件,并基于该软件开展空间机械臂控制软件动态更新实验验证。通过对软件的更新操作进行功能和敏感度实验,以验证本文所提方法的有效性和实用性。