[發明專利]一種基于代理模型快速多目標空間反射鏡優化設計方法

在審

• 申請號: 202110339085.6
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113065268A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 亓波;秦濤;郭駿立;韓培仙;張美麗;包奇紅;王進;李含;陳欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G02B7/183
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

1.一種基于代理模型快速多目標空間反射鏡優化設計方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

步驟1：依據光學設計和結構設計需求，利用多目標拓撲優化方法構建主鏡初始模型，確定了設計變量和設計空間；

步驟2：基于Isight自動化集成平臺，將更改有限元模型參數的Hypermesh(前處理軟件)，有限元靜力學計算的Optistruct(求解器軟件)和主鏡結構面形擬合Matlab集成為自動化計算流程。利用最優拉丁超立方采樣方法在主鏡結構設計空間內均勻選取m組主鏡設計參數變量組合作為輸入樣本，通過集成自動化仿真計算流程求解所有主鏡設計參數變量的響應作為輸出樣本，利用得到的樣本集構建了主鏡結構設計變量和結構響應的代理模型；

步驟3：利用多目標智能優化算法隨機初始化主鏡結構參數設計變量，構建n組主鏡結構參數變量組合，設定每個設計變量的上下限值和最大迭代數，根據光學設計和結構設計構造M個主鏡設計的目標函數F₁,…F_M；

步驟4：將n組天線結構設計參數分別作為輸入值，多目標優化算法調用代理模型分別預測各組主鏡設計變量變量的響應向量，并利用響應向量求解目標函數值；

步驟5；基于多目標優化算法迭代更新n組主鏡設計參數變量，選擇新的主鏡設計參數變量代入代理模型計算目標值，直到達到多目標智能算法中的最大迭代次數；然后建立各目標函數之間的帕累托關系圖，依據輸出目標的設計指標允許范圍確定了設計參數組合的可行域，依據對各目標的偏好權重建立線性目標函數；

步驟6：可行域中的所有設計參數組合，將線性目標函數作為評價函數，對所有點的輸出目標值進行評價，選出最優的結構參數設計值作為主鏡結構的尺寸參數，更改初始模型，進行有限元仿真分析和面形精度計算，對比仿真結果和代理模型輸出結果，若誤差較大，則返回步驟2-步驟6，增加訓練樣本更新代理模型，尋找誤差小的帕累托最優主鏡結構設計。

2.根據權利要求1所述的一種基于代理模型快速多目標空間反射鏡優化設計方法，其特征在于：步驟1中所述使用多目標拓撲優化方法構建初始模型，將主鏡x、y和z三個方向柔度和主鏡一階固有頻率通過折衷規劃法整合為一個目標函數，利用SIMP變密度拓撲優化手段，拓撲優化出主鏡輕量化結構的材料分布和傳力路徑，依此構建初始的主鏡模型；拓撲優化的數學模型如下所示：

式中：M(ρ)—綜合總目標函數；ω—子目標函數的加權值；i＝1，2，3…，是第i個工況；m是工況數；ω_i是工況i的加權因子；C_i(ρ)是工況i柔度的柔度目標；—工況i的柔度目標最大值和最小值；Λ(ρ)—一階固有頻率目標函數；Λ_min、Λ_max—動態固有頻率拓撲優化的最大值和最小值，用以消除量綱；g_j(ρ)是第j個鏡面節點位移約束函數；D是節點位移上限值；ρ是材料相對密度；ρ_min是空的材料密度最小值。