离散混沌系统的最小能量控制

对于离散混沌系统的最小能量控制问题，提出了一种框架性方法，该方法具有通用性.首先，设计一个二次目标函数，同时把混沌系统分解为线性部分和非线性部分两项和.然后，提出了求解非线性最优控制问题的两级算法：第一级对混沌系统中的非线性部分进行预估，以使原系统变为带有常数项的线性系统；第二级用动态规划求解一个非典型线性二次最优控制问题，并把解返回第一级，第一级根据第二级的解对非线性部分重新预估.这样通过两级间不断的信息交换，最终得到混沌系统的最优控制律.该方法不仅实现了对混沌系统的控制，而且在整个控制过程中消耗的控制能量最小. 关键词： 混沌系统 两级优化 最优控制     

InAs(001)表面脱氧动力学分析

利用反射式高能电子衍射(RHEED)实时监控对InAs衬底进行两步完全脱氧的过程, 对比了有低(高)砷等效束流压强保护下采用两步法对InAs衬底缓慢长时间的高温脱氧过程. InAs衬底两步完全脱氧法的第一步为传统的缓慢升温脱氧方法, 第二步为高温In束流辅助脱氧方法. 衬底高温脱氧的RHEED衍射图样说明了高温In束流辅助脱氧最终完全清除传统的缓慢升温法无法去掉的残留氧化物, 通过脱氧完成同质外延生长后的扫描隧道显微镜图像, 说明高砷等效束流压强保护下的脱氧方法是可行的; 分析了高温In束流能完全清除衬底表面残余In氧化物的原理. 关键词： 热分解 Ⅲ-V族半导体 反射式高能电子衍射     

球形发射换能器多目标优化设计

为了解决球形发射换能器多约束条件下的离散/连续变量混合型非线性多目标优化问题,基于等效电路理论,建立了球形换能器的电学-力学-声学耦合模型,以辐射声源级、输入电功率和质量为优化目标函数,材料属性参数、结构尺寸参数、工作频率范围和输入电压为设计变量,压电陶瓷电退极化极限、结构强度极限、功率容量等物理特性以及设计变量取值等为约束条件,构建了球形换能器多目标优化数学模型;利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了球形换能器多目标优化设计,获得Pareto前沿解集;并通过实验验证了优化结果的有效性。结果表明,采用多目标优化方法设计和制作的球形发射换能器样机,在满足辐射声源级要求的前提下,工作频率范围内输入功率降低了32.8%,质量减轻了27.4%。研究结果可为严苛条件限制下的发射换能器优化设计提供参考。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念 ,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光 原型装置的物理设计 ,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件 ,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

超大口径光学制造均力支撑布局优化

为降低支撑控制难度和节约制造成本,同时又保证在线光学加工-检测所需的支撑精度,提出超大口径反射镜的支撑布局优化方法。研究支撑状态下的反射镜面形精度,解决面形拟合和优化目标提取的问题;以斜率均方根(SlopeRMS)为目标建立非圆形口径的超薄反射镜加工支点布局优化模型,使其具备自适应有限元分析的功能;针对工程中大量使用的轻量化反射镜,设计出适应其几何变化的支撑转换结构,并展开以面形均方根(RMS)误差为目标的支点位置的优化设计;通过30m口径望远镜(TMT)第三镜和某2m口径反射镜的支撑布局优化,验证了所采用方法的效果。算例结果表明,所提方法具有较好的几何适应性,布局优化后支撑系统的精度满足超大口径反射镜的光学制造要求。     

高功率固体激光驱动器的优化设计

 扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光Ⅲ原型装置的物理设计,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

基于(火积)的换热过程与换热系统协同优化方法

换热过程和换热系统是换热系统设计优化中局部和整体两个不同的优化层次,本文通过建立换热系统的不同优化层次之间的联系,通过将(火积)理论、CFD仿真技术和搜索算法相结合,设计了一种双层嵌套优化结构,实现了换热过程与换热系统的协同优化。文章利用协同优化方法对某典型多回路换热系统进行优化设计,通过优化换热器传热面积、变频泵运行频率和换热器板间距获得了给定系统总换热量和换热面积的情况下的系统最小总泵功耗,并对不同管网特性参数下的换热系统优化分析。计算结果表明,管网流动阻力的增大会提高换热系统的总泵功耗,相应地提高板式换热器的紧凑性有利于改善系统整体性能。     

智慧建筑能源物联网冷热输送管网优化研究

在前期研究工作中,作者提出基于天然气基分布式能源系统智慧建筑能源物联网(NDES-SG)概念以及框架,而本文则重点对NDES-SG中,冷热输送管网能量耗散关键影响因素—保温层优化设计展开研究。本文以冷热物流管网输配为研究对象,研究冷热物流输送管道保温层厚度与输送距离(供冷、热半径)的协同关系,以及选取不同保温材料时,管网经济特性规律。分析结果表明,任意一种保温材料在一定约束条件下,冷热输配管网存在保温厚度与供能半径最优协同关系,即"二者协同最优"拐点值。在NDES-SG中,基于天然气基的分布式产能系统及大中型蓄能系统的位置布点、物联网总能系统效率与输送管网的损失密切相关,因此此研究成果将为智慧建筑能源物联网的冷热电管网输配优化设计以及产能系统和蓄能系统容量的选择和布点的研究提供了理论指导与研究思路。     

涡流管性能的热力学分析

涡流管是一种新型的能量分离装置,热力学参数和几何参数对其的性能影响很大。该文依据热力学第一、第二定律,建立了涡流管能量分离过程热力学模型,将不可逆过程可用能损失归结为热量火用收益和压力损失两部分,获得了一种基于热力学火用分析的涡流管性能优化新途径。结合不同进气压力、喷嘴数和冷端出口直径的涡流管能量分离性能实验,得到上述诸因素对涡流管能量分离过程中火用变化的影响,通过对能量分离过程中热量火用收益和压力损失的比较,实现了涡流管能量分离性能的优化设计。     

基于伴随方法的多级叶轮机三维叶片优化设计

伴随方法单次优化循环计算量与设计变量数目基本无关,多设计变量时计算成本低。本文采用伴随方法发展了多级叶轮机三维黏性气动形状优化方法,包括伴随方程及其边界条件、目标函数与设计变量的敏感性关系。结合基于Hicks-Henne函数的三维叶片参数化方法和最速下降法建立了气动形状优化设计系统。针对1.5级压气机第二排叶片的反设计验证了该优化系统的有效性;以进、出口熵增为目标函数改型设计某1.5级超音压气机,改型后气动性能明显提升。     

A novel sensitivity model for short nets

For modern processes at deep sub-micron technology nodes, yield design, especially the design at the layout stage is an important way to deal with the problem of manufacturability and yield. In order to reduce the yield loss caused by redundancy material defects, the choice of nets to be optimized at first is an important step in the process of layout optimization. This paper provides a new sensitivity model for a short net, which is net-based and reflects the size of the critical area between a single net and the nets around it. Since this model is based on a single net and includes the information of the surrounding nets, the critical area between the single net and surrounding nets can be reduced at the same time. In this way, the efficiency of layout optimization becomes higher. According to experimental observations, this sensitivity model can be used to choose the position for optimization. Compared with the chip-area-based and basic- layout-based sensitivity models, our sensitivity model not only has higher efficiency, but also confirms that choosing the net to be optimized at first improves the design.     

体声波梯形滤波器的布局设计方法

为保证滤波器性能,缩小滤波器体积,提高晶圆上的芯片数量,提出一种体声波(BAW)梯形滤波器布局的设计方法。该方法包括11条设计准则和设计流程。11条设计准则限制体声波谐振器(BAWR)的形状、位置,BAWR之间的距离,BAWR与焊盘的距离和互连线。设计流程有7个步骤:(1)根据每个BAWR的有效面积,预设每个BAWR的形状;(2)根据BAW梯形滤波器电路结构,排列BAWR;(3)“压缩”布局;(4)对BAWR切趾、微调和旋转;(5)对BAWR和焊盘布线;(6)检测滤波器布局是否符合设计准则;(7)使用声-电磁联合仿真,验证滤波器布局结果。以10个BAWR串并联而成的5阶BAW梯形滤波器为案例,展示了该方法的设计准则和设计流程。优化后的滤波器布局面积利用率达到了44%。对比未优化的滤波器布局,利用该方法优化后的滤波器布局提高了BAW滤波器的带内插损和带外抑制。     

基于有限包络圆的光电平台传感器布局设计

为保证光电平台视轴稳定精度,在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩,建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量,基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束,快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%,有效降低了配平质量,提高了光电平台性能。     

On discrimination of HTTL peaks in TLD100 glow curves by a two steps heating readout

The discrimination between the high temperature thermoluminescent peaks (HTTL) and the dosimetry peaks is not a simple process due to their overlapping. The application of the two steps heating method for this purpose was studied. If the heating is performed in the first step only to about 220–250 °C, the dosimetry peaks are emptied, but the HTTL peaks are only partially affected. Performing a second reading to 300 °C provides information attributed solely to HTTL peaks. The results of optimization of the two steps readout process for routine (high rate heating) readout are presented.     

基于IAGA的空间测量定位系统测站优化部署

空间测量定位系统是一种基于光电扫描的角度交汇测量系统,由于该系统是在多测站协同作用下实现坐标测量,因此测站的布局优化是应用时面临的重要问题。为了解决该问题,提出了一种基于改进自适应遗传算法的测站优化部署方案。以系统定位精度、覆盖度和使用成本作为多目标优化函数;将进化代数衰减因子与自适应遗传算法相结合,根据多目标函数建立改进自适应遗传算法优化流程;对2~4个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明,与传统自适应遗传算法相比,该方法能在10~20代内收敛到最优解并获得更优的目标函数值。因此该方法在空间布局优化设计中能有效提高系统的测量性能。     

基于交替隐式有限差分法的快速早期乳腺癌时域微波断层成像

采用时域微波断层成像技术进行早期乳腺癌检测能够准确地获得乳房的电参数分布,具有明确的物理解释和医学诊断价值.临床应用讲究即时性,为了提高检测的速度,本文将交替隐式有限差分法应用到乳腺癌检测中,基于正反演时间步进成像算法进行成像分析,结果显示在保证精度的前提下,采用交替隐式有限差分法的成像时间可缩短为传统时域有限差分法的23%,提高了微波断层成像技术的临床可应用性.     

基于ybar-y图的光学结构计算方法研究

本文基于y_bar-y图, 建立了计算光学系统一阶结构的数学模型, 并利用粒子群优化算法对模型进行了求解, 可以自动优化出各种光学系统的一阶结构. 编写了一套含图形用户界面(GUI)的软件, 将光学系统的基本设计要求进行处理后导入GUI, 求解之后利用商用光学设计软件如ZEMAX等, 将一阶结构转换为实际透镜结构, 然后经过透镜优化, 就可以设计出满足要求的光学系统. 根据本文所提出的光学结构计算方法, 首先进行了1300万像素手机摄像物镜的设计, 该物镜使用了4片非球面, 各项性能指标能够满足设计要求. 然后设计出一套头盔显示光学系统的目镜, 使用了两片非球面透镜实现了90°的视场角, 其他的性能指标也都满足要求. 两类光学系统的设计实例验证了该方法是一种可靠的光学系统一阶结构获取方法.     

A deep neural network surrogate modeling benchmark for temperature field prediction of heat source layout

The thermal issue is of great importance during the layout design of heat source components in systems engineering, especially for high functional-density products. Thermal analysis requires complex simulation, which leads to an unaffordable computational burden to layout optimization as it iteratively evaluates different schemes. Surrogate modeling is an effective method for alleviating computation complexity. However, the temperature field prediction(TFP) with complex heat source layout(HSL) input is an ultra-high dimensional nonlinear regression problem, which brings great difficulty to traditional regression models. The deep neural network(DNN) regression method is a feasible way for its good approximation performance. However, it faces great challenges in data preparation for sample diversity and uniformity in the layout space with physical constraints and proper DNN model selection and training for good generality, which necessitates the efforts of layout designers and DNN experts. To advance this cross-domain research, this paper proposes a DNN-based HSL-TFP surrogate modeling task benchmark. With consideration for engineering applicability, sample generation, dataset evaluation, DNN model, and surrogate performance metrics are thoroughly investigated. Experiments are conducted with ten representative state-of-the-art DNN models. A detailed discussion on baseline results is provided, and future prospects are analyzed for DNN-based HSL-TFP tasks.     

Piezoelectric transducer design via multiobjective optimization

The design of piezoelectric transducers is usually based on single-objective optimization only. In most practical applications of piezoelectric transducers, however, there exist multiple design objectives that often are contradictory to each other by their very nature. It is impossible to find a solution at which each objective function gets its optimal value simultaneously. Our design approach is to first find a set of Pareto-optimal solutions, which can be considered to be best compromises among multiple design objectives. Among these Pareto-optimal solutions, the designer can then select the one solution which he considers to be the best one. In this paper we investigate the optimal design of a Langevin transducer. The design problem is formulated mathematically as a constrained multiobjective optimization problem. The maximum vibration amplitude and the minimum electrical input power are considered as optimization objectives. Design variables involve continuous variables (dimensions of the transducer) and discrete variables (the number of piezoelectric rings and material types). In order to formulate the optimization problem, the behavior of piezoelectric transducers is modeled using the transfer matrix method based on analytical models. Multiobjective evolutionary algorithms are applied in the optimization process and a set of Pareto-optimal designs is calculated. The optimized results are analyzed and the preferred design is determined.