空间天文仪器中的铍镜结构优化设计分析

为了满足空间太阳望远镜的技术要求,进行了铍摆镜研制,掌握了高精度铍镜研制技术路线。光学检测面形精度RMS为0.012λ,满足技术要求。对铍摆镜结构进行优化设计改进。介绍了铍摆镜结构优化方法,用ANSYS中的APDL语言编译了摆镜结构优化程序,进行了铍摆镜结构优化。并利用Matlab软件编写了改进遗传算法组合优化程序,再次完成了铍镜结构优化,并进行了横向对比分析。结果表明:两结果都满足技术要求。以扇形孔铍摆镜为例,改进的遗传算法组合方法的优化结果(RMS,1.470E-6mm)比ANSYS零阶优化方法的优化结果(RMS,2.099E-6mm)降低了29.96%,优于铍镜检测结果,说明改进后的摆镜结构方案可行。铍镜的成功研制,为我国空间天文仪器大口径铍镜研究和应用奠定了基础。组合优化方法结合了改进遗传算法和ANSYS软件的优势,具有适应性高、优化能力强等特点,具有较好的鲁棒性,对类似工程结构或天文仪器结构优化具有一定的借鉴意义。     

空间稳像系统摆镜的一种新型拓扑优化方法

针对于空间稳像系统摆镜的面型精度保持问题,实现摆镜的轻量化设计,在直径110 mm圆平面反射镜的设计过程中将机械结构拓扑优化引入到光学器件设计领域。对背部减重部分进行了拓扑优化设计。对拓扑优化设计的原理和方法做了较为详细的介绍。吸收了变密度法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)插值算法和RAMP(Rational Approximation of Material Properties)插值算法的思想,提出了一种新型惩罚中心可调节的ASMP(Adjusted Solid Material with Penalization)插值算法,并对各种插值算法进行了仿真。仿真结果证明,基于本文提出的新型ASMP插值算法的拓扑优化结果正确可靠,有一定的优越性。同时使用新型方法对摆镜进行了优化,并与其他设计结果进行了比对,结果显示新型拓扑优化结果能够较大程度地提高面型精度,使用起来更加灵活方便。新型差值算法的提出是对现有拓扑优化的插值算法进行了补充完善,也为后续参数优化设计奠定了基础。     

激光通信平背伺服摆镜支撑结构优化设计EI北大核心CSCD

为了保证平背伺服摆镜的镜面精度和支撑刚度,设计了一种周边柔性支撑的方案,通过对摆镜与镜座粘接处机械结构进行切口处理形成铰链结构,降低结构刚度,减小结构变形产生应力的影响。由于摆镜形状、粘接点位置、柔性支撑结构参数较多,并且相互耦合,首先采用正交实验法对摆镜主要参数进行分析与优化,确定摆镜形状尺寸参数和粘接点位置,随后优化设计摆镜柔性支撑结构。仿真分析和实验表明,采用该周边柔性支撑后,摆镜组件一阶频率为446.66 Hz,在±5℃温升(温降)和标准地球重力共同作用下,最大面形误差RMS为λ/42.87,能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。随后使用ZYGO干涉仪在(23±5)℃温度范围内对加工装配后的摆镜面形进行检测,结果表明,摆镜面形PV值优于λ/5.1,RMS优于λ/43.28,满足RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明,柔性支撑参数设计可靠,满足使用要求。     

基于改进遗传算法的GPS信号捕获方法

文章针对GPS信号的捕获问题,提出了一种基于改进遗传算法的信号捕获方法。该遗传算法采用了动态参数编码以及个体分布情况自适应确定交叉变异概率,对信号捕获中的多普勒频移和码相位这对参数进行优化。仿真实验结果表明,该算法成功捕获到GPS信号中多普勒频移和码相位,并具有较高的准确度和捕获效率,从而提高了捕获性能。     

基于改进遗传算法的反向天线阵稀疏优化

对自适应遗传算法中交叉概率和变异概率动态调整规则进行改进,并结合基于适应度值的截断选择法,提出了改进的自适应遗传算法.将该算法应用于反向天线阵的稀疏设计,以阵元位置为优化参量,在保持反向性能的基础上,优化得到了合适的稀疏反向天线阵结构,有效地精简了阵列结构,结果优于现有文献中对稀疏反向天线阵的综合结果.     

基于自适应遗传算法多项式预失真技术研究

提出了一种基于自适应遗传算法的多项式预失真补偿方法,该方法的基本原理是利用模拟进化类算法对目标函数进行逼近,对待求解参数进行辨识,进而得到多项式预失真模型。该算法具有良好的收敛性、全局性和鲁棒性,且具有较高的计算效率,为解决数字预失真自适应算法提供了一个新的参考。同时将自适应遗传算法应用于功放线性化设计中并进行了仿真。仿真分析表明,采用模拟进化类的遗传算法对功放失真抑制效果明显。     

基于泽尼克模式系数的自适应光学遗传算法

为了提高遗传算法(GA)控制的自适应光学(AO)系统的收敛性能,建立了一套新型的基于泽尼克(Zernike)模式系数的19单元自适应光学系统模型。在优化过程中,遗传算法不直接优化变形镜(DM)19个驱动器上的电压值,而是优化前10阶泽尼克模式系数。推导出19个电压值与前10阶泽尼克模式系数之间的关系矩阵,并进行了对比数值仿真。结果表明,该系统能够更好地校正固体激光器系统输出光束的波前像差。相对于直接优化变形镜电压值的无波前自适应光学系统,该自适应光学系统能够将遗传算法的收敛速度提高5倍以上。     

空间稳像系统摆镜设计与仿真

摆镜作为稳像系统核心部件,摆镜单元的性能参数和外载荷对摆镜面形的影响为摆镜设计和装配的主要约束条件。在设计约束基础上,对摆镜及其装卡结构材料进行了选择,对结构进行了轻量化设计。为考察外载作用对摆镜面形影响规律,使用接触非线性有限元方法对摆镜组件进行了仿真,使用基于Zernike多项式的光机集成仿真方法消除刚体位移,得到了消除刚体位移后摆镜面形参数。仿真结果表明:外载作用下摆镜刚体位移明显;预紧力作用下刚体平移占据了刚体位移的主要方面;动力载荷作用下,当重力存在于光轴方向时,静力载荷对摆镜面形起主要作用,否则动力载荷对摆镜面形起主导作用。在仿真数据基础上,对摆镜零件进行了加工和装配,对装配后摆镜进行了面形测试,测试结果表明:摆镜面形能够满足设计要求,也说明了摆镜结构设计的合理性和仿真方法的有效性。     

基于自适应遗传算法的雷达组网优化部署

提出了一种基于自适应遗传算法的雷达组网优化方法,建立了雷达组网优化的数学模型,给出自适应遗传算法的求解过程和步骤,并设计了既考虑到进化代数对算法影响,又考虑到每代中不同个体适应度对算法作用的自适应交叉概率和变异概率。仿真实例表明该方法能够快速得出多种优化部署方案,操作性强,对雷达组网优化有较大应用价值。     

基于改进遗传算法的高层建筑结构传感器优化布置

为了解决高层建筑结构抗震控制监测系统中的传感器优化布置问题,提出一种基于改进自适应遗传算法的传感器优化布置方法。以模态置信度准则的最大非对角元值极小化来构造适应度函数,对布点位置进行优化。并利用ANSYS 14.0建立有限元模型,施加相应约束对模型进行模态分析,算例结果表明该改进遗传算法对数目与位置实现了优化,得到了满足不同精度要求的传感器优化配置方案。     

临近空间望远镜次镜优化设计

根据临近空间球载望远镜高力热稳定性、高性能的要求，对其次镜组件进行优化设计。临近空间球载望远镜虽然没有火箭发射力学环境严苛，但是其独特的飞行过程受到温度变化、加速度等影响，同时由气球搭载升空，质量要求较为严格。相比于传统反射镜设计方法，采用实体优化和基结构优化相结合的方法，集成优化对镜体进行设计，引入综合评价因子优化次镜综合性能，最终次镜组件性能良好，说明优化方法有效。通过有限元仿真分析得次镜组件在重力和±3 ℃均匀温变工况下刚体位移小于3 μm，面形精度优于λ/50，在0.02 mm装配误差下面形精度优于1 nm。次镜组件一阶频率为203.8 Hz，10 g加速度应力响应（35.4 MPa）远小于材料屈服应力。采用该方法优化可获得高力热稳定性、高性能的次镜组件。     

快速反射镜椭圆弧柔性铰链多目标优化设计

在快速反射镜柔性铰链优化设计中,为保障反射镜精度和稳定性,应尽量提高柔性铰链工作轴转动柔度和非工作轴转动刚度。以某快速反射镜的椭圆弧柔性铰链为研究对象,首先利用最小二乘法和积分思想推导了三个转动轴的转动柔度公式,与有限元法对比,二者最大相对误差小于6.8%,解决了矩形截面扭转柔度积分过于复杂的问题;其次基于改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II）对三个转动轴进行了多目标优化设计,达到设计指标,所得最优解和求解效率较传统算法有了明显提高,其中Pareto解求解效率较多岛遗传算法(MIGA)提高了14.3%,较粒子群算法(PSO)提高了25%;最后对NSGA-II算法所得最优解进行了有限元验证,结果表明二者最大相对误差小于6.5%,吻合较好。     

一种有效的IIR数字滤波器优化设计方法

针对IIR数字滤波器优化设计实质上是一个多参数多目标优化问题,本文提出一种基于量子遗传算法的IIR数字滤波器满意优化设计方法,通过设计满意度函数而构造出满意优化计算模型,将滤波器性能指标的满意设计与参数优化统一考虑,并用本文提出的收敛速度快和全局寻优能力强的新量子遗传算法(NQGA)搜索满意解。通过低通和带通IIR数字滤波器的设计结果表明,该方法是有效、实用的。     

改进的协同分配法及其在系统可靠性分配中的应用

可靠性分配一直是系统顶层设计的一个关键问题,基于响应面的协同分配法是在协作优化的基础上发展起来的一种新的分配方法。基于响应面的协同分配法在选取中心点和鬣信域时无规律可循,选择不当可能导致收敛缓慢甚至发散,针对此该文引入遗传算法来进行中心点和置信域的选取。经过实例证明,改进后的基于响应面的协同分配法的分配效果更好,鲁棒性...     

基于遗传算法非对称多级分支定向耦合器设计

将遗传算法用于多级分支定向耦合器的优化设计并对算法进行了改进。设计中取消了阻抗对称的限制，分支定向耦合器的工作带宽得到了进一步扩展；在标准遗传算法的基础上，引入了最优保存策略和自适应遗传操作，算法的性能得到了提高。仿真表明，用该方法设计的多级分支定向耦合器性能优于其他设计方法。     

基于遗传算法的排产优化方法

针对单件小批量生产车间的优化排产问题,采用遗传算法进行研究,设计了一种分组编码方案,提出了可处理零部件间装配关系的适应度函数算法。介绍了遗传算法在车间优化排产中的实现方法及结果,重点讨论了编码方案及适应度函数设计。基于此算法,开发了生产作业计划排产软件,可完成顺排产与倒排产的自动排产,实现工艺排产的智能化。     

Some approaches to solving a multihour broadband network capacity design problem with single-path routing

In this paper, we consider solution approaches to a multihour combined capacity design and routing problem which arises in the design of dynamically reconfigurable broadband communication networks that uses the virtual path concept. We present a comparative evaluation of four approaches, namely: a genetic algorithm, a Lagrangian relaxation based subgradient optimization method, a generalized proximal point algorithm with subgradient optimization, and, finally, a hybrid approach where the subgradient based method is combined with a genetic algorithm. Our computational experience on a set of test problems of varying network sizes services) shows that the hybrid approach often is the desirable choice in obtaining the minimum cost network while the genetic algorithm based approach has the most difficulty in solving large scale problems. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

中心支撑长条形反射镜轻型优化设计

针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式,不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量,而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法,提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构,克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能,并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明,中心支撑的反射镜质量更轻（3.36 kg）,与实体反射镜相比,轻量化率达到了87%,组件质量也较三点支撑减小了24%;在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm,优于三点支撑形式;4℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm,远小于设计要求的RMS 12 nm;反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz,重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96 m。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时,保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度,满足设计要求,为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。     

?620 mm口径地基反射镜组件优化设计

为了获得620 mm口径地基反射镜组件的最优设计方案,建立了反射镜及其支撑系统的参数化模型,并基于该模型对镜体厚度、支撑点位置和柔性支撑结构的设计参数进行多目标优化设计。首先,阐述了620 mm口径地基主反射镜支撑系统的运动学约束设计原理。然后,从理论角度推导出柔性支撑的柔度矩阵和结构热变形的等效力,建立了便于优化迭代的反射镜组件参数化模型,对比了参数化模型与体单元组成的详尽有限元模型在多种静力学工况下的RMS值和系统的前6阶模态值,计算结果误差在10%以内,验证了参数化模型的有效性。最后,基于径向基函数的近似模型理论,在Isight环境下对参数化模型进行多目标优化处理。得到了多目标优化的Pareto front前沿,目标值权衡处理后得到系统的最优的设计方案。提出的优化设计方法具有较好的工程适用性,可为同类型的反射镜组件优化设计提供参考。