基于本体驱动的微带天线多学科设计优化
发布时间：2021-10-15 08:13
微机电系统概念设计是一个典型的多学科设计开发过程,尽管当前有了诸如基于模型的系统工程（MBSE）等方法,但现有的设计支持手段仍然不够,无法完全解决MEMS产品设计中多学科紧耦合导致设计困难的特点。本文所要解决的问题是如何在概念设计阶段更好地支持MEMS产品多学科设计。通过对本体技术和多学科设计优化的研究,提出了基于本体驱动的多学科设计优化方法,以MEMS产品为应用目标进行了系统概念级多学科设计优化。该方法通过融合V模型和本体模型,集成了可重用的形式化通用本体、建模指导和概念评估的集成仿真。主要的研究包括提出本体驱动V模型（ODVM）的系统设计过程,在概念设计阶段提出在MEMS产品的概念设计方法上建立领域本体和MEMS器件轻量级本体元结合的建模方法、本体的SysML表达,以及在ODVM中学科分析和多学科集成优化阶段提出了基于SysML实现本体驱动的多学科设计优化方法。然后通过微带天线的设计对方法的可行性验证。具体的研究内容如下:（1）通过对系统工程中V模型的研究,结合本体建模技术,提出了针对MEMS产品多学科、多态性特点的本体驱动V模型系统设计。在概念设计阶段提出领域本体和轻量级本体元结...
【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】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
方向图坐标系[63]
第二章微带天线概念设计相关理论15由此可知，天线增益主要是由辐射效率与天线方向性系数相结合而构成的。一般认为的天线增益都是指天线在最大辐射方向的增益：4MAAUGDP（2-16）通常用分贝形式来表示增益，即令10G10logG（2-17）（2-17）式中G是功率密度比，因此log10(或用1g表示)前系数是10。（6）极化对于存在于无界媒质当中的均匀平面电磁波而言，是一种横电磁波（TEM波），并且该电磁波所具备的磁场强度矢量与电场强度矢量与其传播方向所处的平面为垂直关系。由此，假设+z方向为电磁波传播方向，那么该电磁波的磁场强度矢量与电场强度适量均处于z为常量的一个平面当中。同时，由于电磁波传播方向、磁场强度与电场强度这三者之间存在明确的关系。因此，通常以电场强度来表示电磁波极化。对于上述假设的电磁波而言，其电场矢量E具有传播方向与频率均相同的两个分量xE、yE，如下为其表达式：jkzjxjyjkzxxyyxoxyoyxxmyymEeEeEeEeEeeEeeEee（2-18）通过引入极化的相关概念可以描述合成场矢量E随时间在等相位面上的变化规律。如图2-4所示，随着时间以角频率a所发生的等速旋转，合成场矢量Et的方向随之发生变化。如果该极化波的传播方向z与旋转方向呈现为左手螺旋关系，即图中沿顺时针旋转，则称为左旋极化波；如果该极化波的传播方向z与旋转方向呈现为右手螺旋关系，那么称之为右旋极化波。图2-4极化波坐标示意图[64]对于极化而言，主要指的是存在于空间中任一点电磁波电场强度矢量相应的空间取向随时间推移而发生改变的方式，一般用E的矢量轨迹对其进行描述。极
第二章微带天线概念设计相关理论25是松散耦合关系，所以它是一种轻量级建模方法。通常采用领域本体对元类属性进行标识。如图2-13所示是SysML块图描述的局部功能元模型。通过对Operation、Object元模型采用Operation、Entity本体进一步的标识分类。其中，元类与本体概念之间的关系是使用classifiedBy来说明的。图2-13局部功能本体元模型通过以上的本体元建模类型的分析，本文的模型的目的在于通过本体驱动模型的设计来提高建模协作能力和重用问题。所以，本文将采用领域本体结合标识法元模型的方法。具体为首先对概念模型建立领域本体，然后再针对领域本体进一步的使用标识法的本体元模型方法，最终达成本体驱动模型的概念设计方法。2.4多学科设计优化技术多学科设计优化是一种复杂工程系统的设计方法，这些系统由相互作用的物理现象控制，由不同的相互作用的子系统组成，这些子系统也由不同的学科组成。在设计中，各个子系统之间相互影响着[79]。2.4.1多学科设计优化问题定义在微机电系统设计中，问题是非线性的，有许多约束条件，需要最小化一个或多个准则。优化算法已经被相关专家们开发出来，以帮助设计团队进行多学科设计探索。优化是决策科学和物理系统分析中的一个重要工具。设计人员在使用这种方法之前必须首先确定要优化的目标和要遵守的约束条件。多学科设计优化依赖于特定的参数，称为设计变量(DesignVariable，DV)。优化的目标是找到在满足约束条件下使目标函数最大化和最小化的DV的值。在微机电设计中，多学科模型在设计过程中相互作用，相互影响。因此，在不考虑其他因素的情况下优化模型将会产生交叉问题，最优设计甚至可能趋向于收
本文编号：3437720
【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】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
方向图坐标系[63]
第二章微带天线概念设计相关理论15由此可知，天线增益主要是由辐射效率与天线方向性系数相结合而构成的。一般认为的天线增益都是指天线在最大辐射方向的增益：4MAAUGDP（2-16）通常用分贝形式来表示增益，即令10G10logG（2-17）（2-17）式中G是功率密度比，因此log10(或用1g表示)前系数是10。（6）极化对于存在于无界媒质当中的均匀平面电磁波而言，是一种横电磁波（TEM波），并且该电磁波所具备的磁场强度矢量与电场强度矢量与其传播方向所处的平面为垂直关系。由此，假设+z方向为电磁波传播方向，那么该电磁波的磁场强度矢量与电场强度适量均处于z为常量的一个平面当中。同时，由于电磁波传播方向、磁场强度与电场强度这三者之间存在明确的关系。因此，通常以电场强度来表示电磁波极化。对于上述假设的电磁波而言，其电场矢量E具有传播方向与频率均相同的两个分量xE、yE，如下为其表达式：jkzjxjyjkzxxyyxoxyoyxxmyymEeEeEeEeEeeEeeEee（2-18）通过引入极化的相关概念可以描述合成场矢量E随时间在等相位面上的变化规律。如图2-4所示，随着时间以角频率a所发生的等速旋转，合成场矢量Et的方向随之发生变化。如果该极化波的传播方向z与旋转方向呈现为左手螺旋关系，即图中沿顺时针旋转，则称为左旋极化波；如果该极化波的传播方向z与旋转方向呈现为右手螺旋关系，那么称之为右旋极化波。图2-4极化波坐标示意图[64]对于极化而言，主要指的是存在于空间中任一点电磁波电场强度矢量相应的空间取向随时间推移而发生改变的方式，一般用E的矢量轨迹对其进行描述。极
第二章微带天线概念设计相关理论25是松散耦合关系，所以它是一种轻量级建模方法。通常采用领域本体对元类属性进行标识。如图2-13所示是SysML块图描述的局部功能元模型。通过对Operation、Object元模型采用Operation、Entity本体进一步的标识分类。其中，元类与本体概念之间的关系是使用classifiedBy来说明的。图2-13局部功能本体元模型通过以上的本体元建模类型的分析，本文的模型的目的在于通过本体驱动模型的设计来提高建模协作能力和重用问题。所以，本文将采用领域本体结合标识法元模型的方法。具体为首先对概念模型建立领域本体，然后再针对领域本体进一步的使用标识法的本体元模型方法，最终达成本体驱动模型的概念设计方法。2.4多学科设计优化技术多学科设计优化是一种复杂工程系统的设计方法，这些系统由相互作用的物理现象控制，由不同的相互作用的子系统组成，这些子系统也由不同的学科组成。在设计中，各个子系统之间相互影响着[79]。2.4.1多学科设计优化问题定义在微机电系统设计中，问题是非线性的，有许多约束条件，需要最小化一个或多个准则。优化算法已经被相关专家们开发出来，以帮助设计团队进行多学科设计探索。优化是决策科学和物理系统分析中的一个重要工具。设计人员在使用这种方法之前必须首先确定要优化的目标和要遵守的约束条件。多学科设计优化依赖于特定的参数，称为设计变量(DesignVariable，DV)。优化的目标是找到在满足约束条件下使目标函数最大化和最小化的DV的值。在微机电设计中，多学科模型在设计过程中相互作用，相互影响。因此，在不考虑其他因素的情况下优化模型将会产生交叉问题，最优设计甚至可能趋向于收
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