電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和算法研究.pdf

1、基于工程發(fā)展的客觀現(xiàn)實(shí)需求，以及異于傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法的突出優(yōu)點(diǎn)，近年來，魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法在自然科學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理等各個領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，無論在魯棒優(yōu)化方法和理論體系的構(gòu)建，還是在實(shí)際工程問題的求解算法研究等方面，都取得了長足的進(jìn)步。但總體來說，與其他學(xué)科或?qū)I(yè)比較，電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究成果還很不成熟和完善，電磁場逆問題魯棒優(yōu)化理論和算法研究仍處于起步階段。其中主要問題之一就是現(xiàn)有研究成果都是以犧牲算

2、法的計(jì)算效率為代價(jià)換取魯棒性能參數(shù)的分析和計(jì)算?？紤]到電磁場逆問題的求解需要反復(fù)進(jìn)行電磁場正問題的數(shù)值分析和計(jì)算，應(yīng)用現(xiàn)有成果進(jìn)行電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，對于計(jì)算機(jī)的資源要求來說無疑是雪上加霜。所以如何提高計(jì)算效率是電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和算法研究必須解決的“瓶頸”問題。
　　在綜合國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，本文對進(jìn)化類魯棒優(yōu)化算法進(jìn)行了系統(tǒng)分析和深入研究。針對電磁場逆問題的特點(diǎn)，重點(diǎn)解決魯棒性能參數(shù)計(jì)算依賴巨大計(jì)算資源

3、這一瓶頸問題。同時，為保證算法的全局尋優(yōu)能力，對算法的結(jié)構(gòu)和參數(shù)賦值機(jī)制等問題亦進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)研究，以期在提高算法的計(jì)算效率的同時，也能夠保證算法最終解的質(zhì)量。此外，還探討了電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　首先，提出了一種電磁場逆問題粒子群魯棒優(yōu)化算法。根據(jù)魯棒優(yōu)化問題的特點(diǎn)，重新定義了粒子鄰域、提出了一種有效的期望適值賦值機(jī)制、新點(diǎn)的產(chǎn)生規(guī)則，以及基于距離的期望適值計(jì)算式。此外，為適應(yīng)電磁場逆問題魯棒優(yōu)化分析

4、計(jì)算的需求，對算法的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)研究。主要工作包括速度和位置矢量更新算法、年齡變量的引入、越界控制等。
　　其次，將一種新的基于概率模型的進(jìn)化算法——交叉熵算法，成功推廣應(yīng)用于電磁場逆問題的魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)。為此，提出了一種平滑參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法、引入簡單而有效的變異操作、基于交叉熵算法固有特點(diǎn)的設(shè)計(jì)的魯棒參數(shù)賦值新機(jī)制、保證約束條件成立的可行性概率模型，以及算法終止的新規(guī)則。
　　再次，對電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)的若

5、干關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了研究。(1)基于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域最新的研究成果:支持向量機(jī)，提出了一種新的表面響應(yīng)模型，并將其與進(jìn)化算法結(jié)合，提出了一種魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)的快速求解策略;(2)通過將多項(xiàng)式混沌展開作為典型隨機(jī)擾動的隨機(jī)響應(yīng)面模型，提出了一種魯棒性能參數(shù)的快速計(jì)算方法，并將其與進(jìn)化算法結(jié)合，提出了電磁場逆問題魯棒優(yōu)化的另一種快速優(yōu)化策略;(3)基于交替使用不同性能參數(shù)評價(jià)中間解的新思路，提出了一種同時求解魯棒最優(yōu)解和全局最優(yōu)解的求解方法。

6、>　　最后，為驗(yàn)證和說明理論成果的正確性，對系列工程電磁場逆問題進(jìn)行了實(shí)例分析和計(jì)算。首先，以倒S形天線的魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)、模型天線制作以及天線性能測試結(jié)果的分析等工程實(shí)例來證明理論成果的正確性、可靠性和優(yōu)越性。然后，應(yīng)用天線陣魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)TEAM(TestingofElectromagneticAnalysisMethod)WorkshopProblem基準(zhǔn)算例等工程電磁場逆問題對本文提出的魯棒優(yōu)化算法和技術(shù)進(jìn)行了全面的分析和驗(yàn)證。