一種基于優(yōu)化算法的hfss工程優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于HFSS工程仿真設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]HFSS (High Frequency Structure Simulator)是 Ansoft 公司推出的三維電磁仿真軟件。其不但是世界上第一個(gè)商業(yè)化的三維結(jié)構(gòu)電磁場(chǎng)仿真軟件，也是是當(dāng)今天線設(shè)計(jì)最為流行的設(shè)計(jì)軟件。隨著HFSS的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用越來(lái)越多，構(gòu)建的模型越來(lái)越復(fù)雜，在一個(gè)HFSS工程文件中對(duì)某一參數(shù)影響的變量也越來(lái)越多。而在參數(shù)增多，優(yōu)化變量復(fù)雜的情況下，僅利用HFSS軟件自身的優(yōu)化功往往已經(jīng)不能完成整個(gè)優(yōu)化過(guò)程，或者優(yōu)化所耗費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。在處理這類的問(wèn)題時(shí)，常常需要花費(fèi)設(shè)計(jì)師大量的時(shí)間、精力。就如當(dāng)前流行的MATLAB聯(lián)合HFSS仿真的優(yōu)化方法，需要在HFSS工程建立之初，利用HFSS自身功能記錄VBScript腳本；即將優(yōu)化模型的建立、求解條件的設(shè)置以及計(jì)算結(jié)果的導(dǎo)出等操作全部記錄到VBScript腳本中；然后再經(jīng)過(guò)編輯將其引入MATLAB優(yōu)化程序內(nèi)，最后再將子代種群變量導(dǎo)入到優(yōu)化工程，就是針對(duì)腳本中優(yōu)化變量進(jìn)行重新賦值，然后運(yùn)行腳本進(jìn)行解算和導(dǎo)出結(jié)果，以求出適應(yīng)度值，其計(jì)算優(yōu)化過(guò)程極為復(fù)雜繁瑣。同時(shí)，由于攜帶有子代HFSS工程信息的VBScript腳本的不穩(wěn)定性，也往往造成工程導(dǎo)入和優(yōu)化環(huán)境建立復(fù)雜度高，并具備較高的不可控性。如何能夠建立一種基于HFSS仿真設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案，以在實(shí)現(xiàn)其仿真設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化性的同時(shí)，提升對(duì)某個(gè)或某些參數(shù)的優(yōu)化效率，為本領(lǐng)域近年來(lái)所亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種更為高效快捷的一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法，可有效避免因攜帶有子代HFSS工程信息的VBScript腳本的不穩(wěn)定性而產(chǎn)生計(jì)算錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致優(yōu)化程序終止的狀況；其可在實(shí)現(xiàn)其仿真設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化性的同時(shí)，提升對(duì)其內(nèi)各參數(shù)的優(yōu)化效率。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0005]一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟:
[0006]I)、工程導(dǎo)入步驟:
[0007]首先確定所需優(yōu)化的HFSS工程的輸入條件與輸出格式，根據(jù)工程模型設(shè)立優(yōu)化約束條件，建立優(yōu)化程序；將HFSS工程導(dǎo)入優(yōu)化程序中，并預(yù)先確定子代HFSS工程的保存位置，進(jìn)入步驟2);
[0008]2)、變量輸入步驟:
[0009]利用MATLAB優(yōu)化算法，將被優(yōu)化HFSS工程中的優(yōu)化變量和該變量的取值范圍，輸入到優(yōu)化程序中，并根據(jù)所輸入的優(yōu)化變量名稱和對(duì)應(yīng)的取值范圍，自動(dòng)查找并以子代取值被優(yōu)化HFSS工程中該變量的值；生成子代HFSS工程文件，進(jìn)入步驟3)；
[0010]3)、HFSS仿真適應(yīng)度計(jì)算步驟:
[0011]利用MATLAB優(yōu)化算法，以子代HFSS工程文件進(jìn)行仿真計(jì)算；其中，子代HFSS工程文件中的求解條件和取值范圍均與被優(yōu)化HFSS工程文件相同，僅在變量的優(yōu)化區(qū)間內(nèi)改變優(yōu)化變量的值，以生成該代種群；子代HFSS工程文件進(jìn)行仿真計(jì)算完成之后，再由優(yōu)化程序控制將解算結(jié)果導(dǎo)入并計(jì)算出相應(yīng)的適應(yīng)度值，并將該計(jì)算結(jié)果作為該代種群內(nèi)相應(yīng)子代個(gè)體的適應(yīng)度值，進(jìn)入步驟4);
[0012]4)、終止條件判斷步驟:
[0013]優(yōu)化程序?qū)⒂涗洸⒈容^本代種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度值，并記錄每代種群中適應(yīng)度最好值；同時(shí)，根據(jù)優(yōu)化程序內(nèi)預(yù)先設(shè)定的終止條件進(jìn)行判斷，也即當(dāng)前適應(yīng)度值計(jì)算是否達(dá)到優(yōu)化要求或當(dāng)前迭代次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定次數(shù)，如全不滿足上述終止條件，則重新返回步驟3)，繼續(xù)迭代生成下一子代種群，如滿足上述終止條件其中之一，即可得出歷代種群的適應(yīng)度值最優(yōu)值，并將該最優(yōu)值作為結(jié)果輸出。
[0014]第一代種群的生成為根據(jù)優(yōu)化變量的取值范圍隨機(jī)取值獲得；之后各子代種群則由優(yōu)化程序根據(jù)當(dāng)前子代對(duì)親代信息的繼承和對(duì)全局信息的引入自動(dòng)生成，即根據(jù)優(yōu)化程序自身的子代產(chǎn)生策略產(chǎn)生子代。
[0015]所述優(yōu)化程序采用PSO算法或GA算法編寫(xiě)。
[0016]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017]I)、本發(fā)明通過(guò)對(duì)現(xiàn)有各優(yōu)化過(guò)程的直接調(diào)用，而直接首先生成各子代種群并進(jìn)行終止條件判斷，從而避免了沿用VBScript腳本計(jì)算時(shí)對(duì)模型創(chuàng)建過(guò)程中要求從初始到模型解析，再到結(jié)果導(dǎo)出的所有過(guò)程的記錄需求，省去其繁瑣易錯(cuò)的計(jì)算過(guò)程，使得MATLAB聯(lián)合HFSS的優(yōu)化仿真這一方法具有更普遍的實(shí)用性。
[0018]利用本發(fā)明的所述算法能夠?qū)崿F(xiàn)變量數(shù)目、變量名稱、變量范圍的手動(dòng)輸入，自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)對(duì)應(yīng)，可適用于幾乎所有的HFSS工作文件。同時(shí)，利用本發(fā)明的所述算法能確保整個(gè)MATLAB聯(lián)合HFSS的優(yōu)化仿真過(guò)程具有很好的魯棒性和容錯(cuò)能力，使得優(yōu)化工程不至于因?yàn)閿y帶有子代HFSS工程信息VBScript腳本的不穩(wěn)定性而發(fā)出錯(cuò)誤，導(dǎo)致優(yōu)化程序終止的現(xiàn)象。此外的，利用本發(fā)明的所述算法可在程序運(yùn)行中和在所創(chuàng)建的優(yōu)化工程解算完成后，將已尋找到的當(dāng)前適應(yīng)度值最優(yōu)值結(jié)果保存并導(dǎo)出，便于在優(yōu)化計(jì)算的過(guò)程中導(dǎo)出和查看已經(jīng)得到的最優(yōu)化結(jié)果，從而使得優(yōu)化過(guò)程的靈活性和可控性更高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的方法流程簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為便于理解，此處結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程作以下進(jìn)一步描述:
[0021]—種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟:
[0022]I)、建立調(diào)用優(yōu)化模型的工程環(huán)境并加載所需優(yōu)化的HFSS工程:首先確定輸入條件與輸出格式，然后根據(jù)工程模型建立優(yōu)化約束條件，，根據(jù)一定格式要求將工程文件導(dǎo)入到設(shè)定的優(yōu)化程序中，從而將HFSS工程問(wèn)題引入優(yōu)化環(huán)境；確定子代工程的保存位置；
[0023]2)、利用MATLAB優(yōu)化算法程序，將HFSS工程優(yōu)化變量和變量空間輸入，創(chuàng)建子代種群，進(jìn)而建立新的HFSS工程，進(jìn)行優(yōu)化求解運(yùn)算。更細(xì)化而言，也即首先設(shè)定優(yōu)化算法的種群大小、最大迭代次數(shù)等條件，其次對(duì)所優(yōu)化HFSS工程的進(jìn)行結(jié)果導(dǎo)出操作。導(dǎo)出操作為根據(jù)傳統(tǒng)所選取的優(yōu)化參數(shù)，如Sll(回波損耗特性)，VSWR(電壓駐波比)等，導(dǎo)出其結(jié)算結(jié)果即可，以最終將結(jié)果調(diào)用到優(yōu)化程序中進(jìn)行適應(yīng)度值的結(jié)算。優(yōu)化程序會(huì)自動(dòng)記錄每代種群中適應(yīng)度最好值，并求出歷代種群的最優(yōu)值，直到達(dá)到程序所設(shè)定的終止條件，獲得適應(yīng)度值最優(yōu)值。
[0024]本發(fā)明所提供的為一種算法思路，其優(yōu)化程序使用PSO算法(粒子群算法)或GA算法(遺傳算法)進(jìn)行正常編寫(xiě)即可，但并不局限于這些傳統(tǒng)優(yōu)化算法。只要具有某種有效優(yōu)化策略的優(yōu)化算法，均可作為優(yōu)化過(guò)程控制的主程序，以引入到該MATLAB聯(lián)合HFSS的優(yōu)化仿真過(guò)程中去。而優(yōu)化的初始種群，可根據(jù)優(yōu)化變量的優(yōu)化區(qū)間隨機(jī)生成。新的子代則根據(jù)算法設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略進(jìn)行更新；當(dāng)然，各子代的產(chǎn)生還是根據(jù)優(yōu)化算法的子代產(chǎn)生方式而形成的，不同的優(yōu)化算法策略均根據(jù)其常規(guī)算法種類的不同而有所不同，此處就不再一一贅述，只需按照常規(guī)算法正常設(shè)定即可。
[0025]本發(fā)明的將新路徑引入到該MATLAB聯(lián)合HFSS的優(yōu)化仿真過(guò)程中去，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有HFSS過(guò)程的直接調(diào)用，避免了繼續(xù)使用VBScript腳本對(duì)模型創(chuàng)建過(guò)程中要求從初始到模型解析，再到結(jié)果導(dǎo)出的所有過(guò)程的記錄要求，免除了前代優(yōu)化環(huán)境建立方法中繁瑣易錯(cuò)的過(guò)程，使得MATLAB聯(lián)合HFSS的優(yōu)化仿真這一方法具有更普遍的實(shí)用性。利用本發(fā)明方法中變量數(shù)目、變量名稱、變量范圍的手動(dòng)輸入，且具有很好的魯棒性和容錯(cuò)能力，使得優(yōu)化工程不至于因?yàn)閿y帶有子代HFSS工程信息VBScript腳本的不穩(wěn)定性而發(fā)出錯(cuò)誤，導(dǎo)致優(yōu)化程序終止的現(xiàn)象。利用本發(fā)明中優(yōu)化過(guò)程靈活可控，在優(yōu)化時(shí)可將已尋找到的當(dāng)前最優(yōu)值結(jié)果導(dǎo)出并保存，以便于在優(yōu)化計(jì)算的工程中導(dǎo)出和查看已經(jīng)得到的最優(yōu)化結(jié)果，其運(yùn)算過(guò)程高效而穩(wěn)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、工程導(dǎo)入步驟: 首先確定所需優(yōu)化的HFSS工程的輸入條件與輸出格式，根據(jù)工程模型設(shè)立優(yōu)化約束條件，建立優(yōu)化程序；將HFSS工程導(dǎo)入優(yōu)化程序中，并預(yù)先確定子代HFSS工程的保存位置，進(jìn)入步驟2); 2)、變量輸入步驟: 利用MATLAB優(yōu)化算法，將被優(yōu)化HFSS工程中的優(yōu)化變量和該變量的取值范圍，輸入到優(yōu)化程序中，并根據(jù)所輸入的優(yōu)化變量名稱和對(duì)應(yīng)的取值范圍，自動(dòng)查找并以子代取值被優(yōu)化HFSS工程中該變量的值；生成子代HFSS工程文件，進(jìn)入步驟3)； 3)、HFSS仿真適應(yīng)度計(jì)算步驟: 利用MATLAB優(yōu)化算法，以子代HFSS工程文件進(jìn)行仿真計(jì)算；其中，子代HFSS工程文件中的求解條件和取值范圍均與被優(yōu)化HFSS工程文件相同，僅在變量的優(yōu)化區(qū)間內(nèi)改變優(yōu)化變量的值，以生成該代種群；子代HFSS工程文件進(jìn)行仿真計(jì)算完成之后，再由優(yōu)化程序控制將解算結(jié)果導(dǎo)入并計(jì)算出相應(yīng)的適應(yīng)度值，并將該計(jì)算結(jié)果作為該代種群內(nèi)相應(yīng)子代個(gè)體的適應(yīng)度值，進(jìn)入步驟4); 4)、終止條件判斷步驟: 優(yōu)化程序?qū)⒂涗洸⒈容^本代種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度值，并記錄每代種群中適應(yīng)度最好值；同時(shí)，根據(jù)優(yōu)化程序內(nèi)預(yù)先設(shè)定的終止條件進(jìn)行判斷，也即當(dāng)前適應(yīng)度值計(jì)算是否達(dá)到優(yōu)化要求或當(dāng)前迭代次數(shù)是否已達(dá)到設(shè)定次數(shù)，如全不滿足上述終止條件，則重新返回步驟3)，繼續(xù)迭代生成下一子代種群，如滿足上述終止條件其中之一，即可得出歷代種群的適應(yīng)度值最優(yōu)值，并將該最優(yōu)值作為結(jié)果輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法，其特征在于:第一代種群的生成為根據(jù)優(yōu)化變量的取值范圍隨機(jī)取值獲得；之后各子代種群則由優(yōu)化程序根據(jù)當(dāng)前子代對(duì)親代信息的繼承和對(duì)全局信息的引入自動(dòng)生成，即根據(jù)優(yōu)化程序自身的子代產(chǎn)生策略產(chǎn)生子代。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法，其特征在于:所述優(yōu)化程序米用PSO算法或GA算法編與。
【專利摘要】本發(fā)明屬于HFSS工程仿真設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化領(lǐng)域，具體涉及一種基于優(yōu)化算法的HFSS工程優(yōu)化方法。本方法包括以下步驟：工程導(dǎo)入步驟；變量輸入步驟；HFSS仿真適應(yīng)度計(jì)算步驟；終止條件判斷步驟；從而得出歷代種群的適應(yīng)度值最優(yōu)值，并將該最優(yōu)值作為結(jié)果輸出。通過(guò)上述方案，本發(fā)明可有效避免因攜帶有子代HFSS工程信息的VBScript腳本的不穩(wěn)定性而產(chǎn)生計(jì)算錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致優(yōu)化程序終止的狀況；其可在實(shí)現(xiàn)其仿真設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化性的同時(shí)，提升對(duì)其內(nèi)各參數(shù)的優(yōu)化效率。
【IPC分類】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN104992015
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510368458
【發(fā)明人】尤龍, 王曉艷
【申請(qǐng)人】安徽四創(chuàng)電子股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月26日