基于模拟仿真与机器学习的复杂电磁系统快速优化设计
发布时间：2021-10-09 15:18
目前,对电磁结构的传统优化设计模式主要是基于手动优化或者基于智能优化算法迭代优化,需要进行大量模拟仿真计算,因而设计周期长,设计效率低下。代理模型技术利用电磁仿真软件产生的少量样本数据构造一个近似数学模型来预测未知响应结果,进而优化出指定参数空间的全局最优解,是提高工程项目设计效率的一个可行方案。然而常用的代理模型泛化能力弱,对高维和强非线性的电磁结构优化问题拟合效果不佳。本文引入机器学习构建代理模型,即使在小样本数据集的前提下,机器学习亦可克服上述难题,提高代理模型的可靠性和准确度。因此,如何将计算精确的全波仿真软件与机器学习代理模型相结合,将具有强大全局寻优能力的智能优化算法应用于电磁领域,从而提高解决电磁问题的效率,是目前亟待处理的技术难题之一。为了解决上述问题,本文将CST电磁仿真和机器学习代理模型相结合,搭建了一个复杂电磁系统,可完成单目标和多目标电磁结构的快速优化设计。具体工作内容如下:1)对基于机器学习的复杂电磁系统进行了理论分析。将电磁结构的优化问题转化为求解代理模型的最优化问题,阐述了三种采样算法（MCS/LHS/LHSMDU）、四种机器学习代理模型（多项式回归、支持...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电磁结构优化设计模式概述
1.2.1 传统优化设计模式
1.2.2 基于代理模型的优化设计模式
1.3 基于机器学习的电磁结构优化设计研究现状
1.4 本论文的主要研究工作及创新点
1.4.1 主要研究工作
1.4.2 本文主要创新点
第二章 基于机器学习的电磁系统理论分析
2.1 电磁优化问题
2.2 采样方法
2.2.1 蒙特卡罗采样
2.2.2 拉丁超立方采样
2.2.3 多维均匀拉丁超立方采样
2.3 基于机器学习的代理模型
2.3.1 多项式回归
2.3.2 支持向量回归机
2.3.3 决策树和随机森林
2.3.4 误差评估
2.4 遗传优化算法
2.5 本章小结
第三章 电磁系统总框架设计分析
3.1 系统总框架
3.2 系统模块设计实现
3.2.1 联合仿真模块
3.2.2 数据处理模块
3.2.3 预测分析模块
3.2.4 全局优化模块
3.3 本章小结
第四章 电磁系统应用实例分析
4.1 T形波导功分器
4.1.1 单目标设计
4.1.2 多目标设计
4.2 高阶模宽带输入耦合器
4.2.1 高阶模输入耦合器的研究分析
4.2.2 高阶模宽带输入耦合器的优化设计
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器学习与空间映射的滤波器优化方法[J]. 胡聪,赵建平,张仕顺,杨君,徐娟. 通信技术. 2019(03)
[2]融合智能算法和代理模型的天线快速优化平台设计[J]. 董健,晋凡,钦文雯,李莹娟,王珊. 电讯技术. 2019(04)
[3]基于改进反向传播神经网络代理模型的快速多目标天线设计[J]. 董健,钦文雯,李莹娟,李茜茜,邓联文. 电子与信息学报. 2018(11)
[4]微波技术原理及其发展与应用[J]. 谢文彬. 科技资讯. 2017(36)
[5]一种基于多维均匀采样与Kriging模型的天线快速优化方法[J]. 陈晓辉,裴进明,郭欣欣,齐松. 电子与信息学报. 2014(12)
[6]微波技术原理及其发展与应用[J]. 孙凤坤,邢泽炳. 科技创新与应用. 2014(06)
[7]高功率微波武器与天线(二)[J]. 王仁德,何炳发. 中国电子科学研究院学报. 2012(03)
[8]高功率微波武器与天线(一)[J]. 王仁德,何炳发. 中国电子科学研究院学报. 2012(02)
[9]Ka波段TE01模回旋行波管宽带输入耦合器的设计[J]. 徐勇,熊彩东,罗勇,王建勋,鄢然,蒲友雷,王晖,李宏福. 真空科学与技术学报. 2012(03)
[10]基于支持向量回归的腔体滤波器机电耦合建模与优化[J]. 周金柱,黄进,薛欣. 电子与信息学报. 2011(11)
博士论文
[1]基于机器学习的电磁场建模与设计研究[D]. 肖理业.电子科技大学 2019
硕士论文
[1]一种自适应代理模型方法及其在反射面天线机电综合优化中的应用[D]. 曾锋.西安电子科技大学 2015
[2]电磁仿真软件CST和HFSS模型接口软件的设计[D]. 刘兵.西安电子科技大学 2013
[3]基于多项式插值代理模型的飞行器MDO技术研究[D]. 李光昱.国防科学技术大学 2012
[4]微波无源器件模型接口软件的设计[D]. 冯波.西安电子科技大学 2012
本文编号：3426615
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 电磁结构优化设计模式概述
1.2.1 传统优化设计模式
1.2.2 基于代理模型的优化设计模式
1.3 基于机器学习的电磁结构优化设计研究现状
1.4 本论文的主要研究工作及创新点
1.4.1 主要研究工作
1.4.2 本文主要创新点
第二章 基于机器学习的电磁系统理论分析
2.1 电磁优化问题
2.2 采样方法
2.2.1 蒙特卡罗采样
2.2.2 拉丁超立方采样
2.2.3 多维均匀拉丁超立方采样
2.3 基于机器学习的代理模型
2.3.1 多项式回归
2.3.2 支持向量回归机
2.3.3 决策树和随机森林
2.3.4 误差评估
2.4 遗传优化算法
2.5 本章小结
第三章 电磁系统总框架设计分析
3.1 系统总框架
3.2 系统模块设计实现
3.2.1 联合仿真模块
3.2.2 数据处理模块
3.2.3 预测分析模块
3.2.4 全局优化模块
3.3 本章小结
第四章 电磁系统应用实例分析
4.1 T形波导功分器
4.1.1 单目标设计
4.1.2 多目标设计
4.2 高阶模宽带输入耦合器
4.2.1 高阶模输入耦合器的研究分析
4.2.2 高阶模宽带输入耦合器的优化设计
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器学习与空间映射的滤波器优化方法[J]. 胡聪,赵建平,张仕顺,杨君,徐娟. 通信技术. 2019(03)
[2]融合智能算法和代理模型的天线快速优化平台设计[J]. 董健,晋凡,钦文雯,李莹娟,王珊. 电讯技术. 2019(04)
[3]基于改进反向传播神经网络代理模型的快速多目标天线设计[J]. 董健,钦文雯,李莹娟,李茜茜,邓联文. 电子与信息学报. 2018(11)
[4]微波技术原理及其发展与应用[J]. 谢文彬. 科技资讯. 2017(36)
[5]一种基于多维均匀采样与Kriging模型的天线快速优化方法[J]. 陈晓辉,裴进明,郭欣欣,齐松. 电子与信息学报. 2014(12)
[6]微波技术原理及其发展与应用[J]. 孙凤坤,邢泽炳. 科技创新与应用. 2014(06)
[7]高功率微波武器与天线(二)[J]. 王仁德,何炳发. 中国电子科学研究院学报. 2012(03)
[8]高功率微波武器与天线(一)[J]. 王仁德,何炳发. 中国电子科学研究院学报. 2012(02)
[9]Ka波段TE01模回旋行波管宽带输入耦合器的设计[J]. 徐勇,熊彩东,罗勇,王建勋,鄢然,蒲友雷,王晖,李宏福. 真空科学与技术学报. 2012(03)
[10]基于支持向量回归的腔体滤波器机电耦合建模与优化[J]. 周金柱,黄进,薛欣. 电子与信息学报. 2011(11)
博士论文
[1]基于机器学习的电磁场建模与设计研究[D]. 肖理业.电子科技大学 2019
硕士论文
[1]一种自适应代理模型方法及其在反射面天线机电综合优化中的应用[D]. 曾锋.西安电子科技大学 2015
[2]电磁仿真软件CST和HFSS模型接口软件的设计[D]. 刘兵.西安电子科技大学 2013
[3]基于多项式插值代理模型的飞行器MDO技术研究[D]. 李光昱.国防科学技术大学 2012
[4]微波无源器件模型接口软件的设计[D]. 冯波.西安电子科技大学 2012
本文编号：3426615
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