電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設計理論和算法研究.pdf

1、基于工程發(fā)展的客觀現(xiàn)實需求，以及異于傳統(tǒng)優(yōu)化設計理論和方法的突出優(yōu)點，近年來，魯棒優(yōu)化設計理論和方法在自然科學、工程技術(shù)、經(jīng)濟管理等各個領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展和應用，無論在魯棒優(yōu)化方法和理論體系的構(gòu)建，還是在實際工程問題的求解算法研究等方面，都取得了長足的進步。但總體來說，與其他學科或?qū)I(yè)比較，電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設計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、法的計算效率為代價換取魯棒性能參數(shù)的分析和計算?？紤]到電磁場逆問題的求解需要反復進行電磁場正問題的數(shù)值分析和計算，應用現(xiàn)有成果進行電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設計研究，對于計算機的資源要求來說無疑是雪上加霜。所以如何提高計算效率是電磁場逆問題魯棒優(yōu)化設計理論和算法研究必須解決的“瓶頸”問題。
　　在綜合國內(nèi)外研究成果的基礎上，本文對進化類魯棒優(yōu)化算法進行了系統(tǒng)分析和深入研究。針對電磁場逆問題的特點，重點解決魯棒性能參數(shù)計算依賴巨大計算資源

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)賦值機制等問題亦進行了相應的改進研究，以期在提高算法的計算效率的同時，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)化設計的若干關(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，重新定義了粒子鄰域、提出了一種有效的期望適值賦值機制、新點的產(chǎn)生規(guī)則，以及基于距離的期望適值計算式。此外，為適應電磁場逆問題魯棒優(yōu)化分析

4、計算的需求，對算法的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進行了改進研究。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化算法——交叉熵算法，成功推廣應用于電磁場逆問題的魯棒優(yōu)化設計。為此，提出了一種平滑參數(shù)的自適應調(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的設計的魯棒參數(shù)賦值新機制、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)化設計的若

5、干關(guān)鍵技術(shù)問題進行了研究。(1)基于機器學習領(lǐng)域最新的研究成果:支持向量機，提出了一種新的表面響應模型，并將其與進化算法結(jié)合，提出了一種魯棒優(yōu)化設計的快速求解策略;(2)通過將多項式混沌展開作為典型隨機擾動的隨機響應面模型，提出了一種魯棒性能參數(shù)的快速計算方法，并將其與進化算法結(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，為驗證和說明理論成果的正確性，對系列工程電磁場逆問題進行了實例分析和計算。首先，以倒S形天線的魯棒優(yōu)化設計、模型天線制作以及天線性能測試結(jié)果的分析等工程實例來證明理論成果的正確性、可靠性和優(yōu)越性。然后，應用天線陣魯棒優(yōu)化設計和標準TEAM(TestingofElectromagneticAnalysisMethod)WorkshopProblem基準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)進行了全面的分析和驗證。