基于非概率模型的天线结构稳健与机电集成优化设计

发布时间：2020-08-21 18:17

【摘要】：按照是否考虑不确定因素的影响,工程优化设计可以分为两大类。一类为确定性优化设计,即系统中不存在不确定因素的影响。而针对某些特定问题,系统中存在不确定因素。这些因素会造成产品性能波动,甚至导致功能失效,必须在设计阶段对其加以定量考虑。稳健设计是处理不确定信息的有效途径之一,已经得到较为广泛的关注。本文从稳健设计和确定性设计两方面入手,以天线结构系统为主要应用对象,针对现有优化理论在工程实用化方面的一些不足和尚未完全解决的问题展开了研究。完成的主要工作如下:1.基于不确定参数的凸集合描述和可行椭球的概念,提出了一种稳健性指标,可用以衡量多个性能波动约束下设计方案的稳健程度。该指标具有明确的物理意义且便于求解。利用该指标构建了相应的稳健优化模型。与传统稳健优化方法相比,该模型的求解无需内层循环,可显著提高稳健设计的求解效率。2.针对随机变量和区间变量并存情况下的稳健优化问题,提出了一种物理意义明确的稳健性指标。该指标反映了设计方案满足性能波动约束的概率,并以此指标为基础构建了稳健优化模型。该模型一方面避免了传统优化方法对随机变量和区间变量的双层抽样,可大幅度地提高求解效率。另一方面可以避免传统方法无法完全保证目标稳健性要求的弊端。多组数值算例验证了该方法的有效性。3.传统的区间数学方法无法考虑变量之间的相关性,当其应用到天线电磁分析中时会导致性能的估计区间过大。针对该问题,本文考虑阵元激励幅度的区间不确定性,提出一种基于泰勒级数展开的电性能区间估计方法。该方法能够获得更加准确的电性能区间,同时可避免繁琐的区间运算,计算流程更加简洁。多组数值算例表明该方法可明显缓解传统区间数学带来的区间扩张问题。4.研究了面向电性能的星载反射面天线背架拓扑优化问题。在反射面天线机电集成分析方法和基于遗传算法的拓扑优化策略的基础上,提出了以天线电磁性能为目标的背架拓扑优化设计模型。相比较传统的以应变能最小化为目标的拓扑优化设计,本文方法可得到具有更优电性能指标的材料分布。5.针对安装有调整机构的大型相控阵天线结构,提出了一种考虑结构阵面精度和机构运动学性能的集成机构设计方法。以往的调整机构设计方法往往忽略阵面变形的存在,使得最终方案无法在整个机构调整空间内都满足阵面精度。本文方法综合考虑结构性能和机构性能,保证了在调整空间内的阵面精度,便于工程应用。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820

【参考文献】

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本文编号：2799700