基于遺傳算法優(yōu)化儲存環(huán)線性及非線性動力學參數(shù).pdf

1、亮度是同步輻射光源的一個重要性能指標，它是由輻射裝置和束流品質(zhì)共同決定的。從儲存環(huán)物理設計者的角度講，通過降低發(fā)射度的辦法實現(xiàn)高亮度的相干輻射是非常有意義的。下一代的衍射極限儲存環(huán)的發(fā)射度在10pmrad量級，相比于現(xiàn)在國際上運行的同步輻射裝置低了兩三個數(shù)量級。雖然降低發(fā)射度有利于提高亮度，但是超低發(fā)射度的設計目標給儲存環(huán)物理設計者提出了很多挑戰(zhàn):怎樣在權(quán)衡眾多約束和目標的前提下有效降低發(fā)射度至衍射極限，并在非常強的四極鐵聚焦結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)

2、足夠大的動力學孔徑已經(jīng)成為了加速器界的熱門課題。我們以優(yōu)化衍射極限儲存環(huán)中的線性參數(shù)和非線性動力學孔徑作為博士研究課題，日標是為同步輻射裝置通過降低束流發(fā)射度來提高光源亮度發(fā)展高效率的研究方法。
　　 論文采用遺傳算法和并行計算相結(jié)合，以數(shù)值跟蹤的方法直接評估儲存環(huán)非線性表現(xiàn)，以此為依據(jù)對儲存環(huán)中的參數(shù)進行了優(yōu)化設計，推進了衍射極限同步輻射光源在物理上實現(xiàn)的可能性。針對動力學孔徑這一無法通過解析標識量準確衡量的非線性系統(tǒng)穩(wěn)定邊界

3、，我們利用跟蹤粒了的丟失情況給出了其數(shù)值化的標準。利用這一數(shù)值標準使計算機自動判斷優(yōu)化過程中出現(xiàn)的每個解的動力學孔徑質(zhì)量，充分發(fā)揮遺傳算法的全局搜索能力，并克服了用某些解析標識量來衡量一個儲存環(huán)非線性表現(xiàn)的不確定性。本論文中，針對不同的優(yōu)化問題，我們分別采用了GLASS全局數(shù)值掃描方法，單目標遺傳算法利多目標遺傳算法之NSGA-Ⅱ?qū)Υ姝h(huán)的參數(shù)優(yōu)化方法做了比較系統(tǒng)的分析。對于合肥光源的低發(fā)射度模式設計，我們使川的是GLASS全局掃描方法

4、。因為lattice的變量很少，通過由粗粒度到細粒度的掃描很容易得到lattice所能實現(xiàn)的最優(yōu)解。對于合肥光源改造工程的lattice我們利川多目標遺傳算法分別設計了消色散模式、非消色散模式、低動量緊縮因子模式和為安裝EPU需求而設計的高低beta模式，充分驗證遺傳優(yōu)化算法的可行性和高效性。合肥先進光源儲存環(huán)的變量多，全局優(yōu)化難度高，為此我們利川遺傳算法逐漸收斂到可行區(qū)域的特性，首先通過優(yōu)化線性參數(shù)而降低線性磁鐵的變量范圍，然后將線性

5、變量約束在這區(qū)域內(nèi)同時優(yōu)化四極鐵強皮和六極鐵強度來實現(xiàn)同時降低發(fā)射度和增加動力學孔徑的目的。論文所發(fā)展的程序可以獲得滿足多個設計目標和約束條件的可行解解集，為設計人員確定儲存環(huán)設計和運行參數(shù)提供了多種選擇。
　　 總之，論文發(fā)展了直接以動力學孔徑和束流發(fā)射度為優(yōu)化目標，基于并行計算架構(gòu)多日標遺傳算法的儲存環(huán)設計與優(yōu)化程序，能夠直接地、高效率地尋找到給定變量空間的滿足設計目標的可行解集，為儲存環(huán)的設計及運行參數(shù)優(yōu)化提供有益的指導。