基于下山单纯形算法逆向设计二维光子晶体波导型1×5分束器

提出了一种新颖的二维光子晶体波导型1×5分束器,为了提高分束器的优化效率和分束性能,利用下山单纯形算法,对提出的1×5分束器进行逆向设计和研究.结果表明,改变耦合区域介质柱半径、Y分支波导中央的调控介质柱半径及其横向偏移量,可以调节分束器5个输出端口的输出光功率比例;利用下山单纯形算法,根据特定的分光比目标,对耦合区域介质柱半径、调控介质柱半径及其横向偏移量进行优化,可以逆向设计出总透过率达到99%以上、附加损耗小于0.044 dB以及响应时间小于1 ps的不同分光比的1×5分束器.此外,对逆向设计的1×5分束器进行了工艺误差分析,确定了各优化参量在实际加工中允许的误差范围,为器件的制作提供了理论参考.该1×5分束器分光比设计灵活,优化效率高,性能优良,尺寸小,在光子集成电路等领域中具有广泛的应用前景.

基于下山单纯形算法的宽带光子晶体1×3分束器研究

提出了一种基于二维光子晶体的波导型宽带光子晶体1×3分束器,通过在波导分支处引入一个调控介质柱并优化其半径和偏移量,可以调控分束器各输出端口的透过率;通过在两分支波导内侧引入三组带宽优化介质柱并优化其半径,可以实现分束器的宽带特性。为了提高优化效率,获得性能优良的宽带分光比可设计的分束器,利用下山单纯形算法,根据特定的分光比目标,对提出的1×3分束器进行逆向设计和研究。结果表明,不仅提高了光子晶体分束器的优化效率,而且获得了性能优良的宽带分束器。设计的1×3等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗低于0.199 dB,均匀性小于0.119 dB,响应时间在0.5 ps以内;设计的1×3不等比分束器在1525~1565 nm带宽范围内的附加损耗不大于0.177 dB,分束方差不大于6.88×10^(-4),响应时间在0.5 ps以内。该分束器在未来全光通信网、光子高密度集成等领域具有很好的应用前景。

基于遗传算法与单纯形下山法的广义切比雪夫滤波器的优化设计

广义切比雪夫滤波器是一种高性能滤波器形式,用经典的综合方法提取其参数复杂且难以实现。本文以指定的电路拓扑结构和传输零点作为已知条件,结合遗传算法和单纯形下山法用MATLAB编程实现了一种新的灵活、有效的广义切比雪夫滤波器等效电路参数的优化提取方法。并给出了归一化耦合系数的物理意义及其工程应用系数转换公式。

优选伸缩比SCE-UA算法与新安江模型参数率定研究

洗牌复合形进化(SCE-UA)算法作为寻优能力较强的全局寻优算法已被广泛应用于水文模型参数率定领域。经典SCE-UA算法中的下山单纯形搜索采用固定伸缩比实现反射和收缩操作,其寻优效率还有待提升,实际应用中发现变动伸缩比能够改善算法的寻优效率。针对以上问题,结合数值实验与分析,发现伸缩比取值存在最优区间,在伸缩比最优区间内均匀采样,利用优选法在单纯形搜索过程中动态确定最适伸缩比,提出了基于优选伸缩比的SCE-UA算法。本研究利用改进的算法,基于多组人工降雨—径流资料开展了新安江模型参数率定研究。结果表明,相较于固定伸缩比,优选伸缩比算法在多组人工降雨—径流资料下的参数率定测试中均表现出相同迭代次数下目标函数值更优的结果,显著提升了优化效率,进一步提升了算法的深度搜索能力,具有推广应用价值。

水轮机调速系统的线性自抗扰优化控制

针对线性自抗扰控制器参数较多、调节起来较为困难的缺点。提出一种基于下山单纯形法的引力搜索算法,该算法将下山单纯形法的替换机制融入到引力搜索算法粒子的更新中,利用单纯形法具有较强的局部搜索能力,有效克服了引力搜索算法陷入局部最优的缺点。将本文提出的算法应用于水轮机调速系统的线性自抗扰控制器参数优化。仿真结果表明:优化后的线性自抗扰控制器能够很好的抑制超调、减小负调并缩短调节时间,在系统工况发生变化时,仍有良好的控制效果,具有较强的鲁棒性,且能够取得比PID控制更好的抗干扰性能。

一种高效并行的匹配场反演混合优化算法

为解决浅海匹配场反演所面临的复杂的参数优化问题,设计了一种基于差异进化算法与下山单纯形算法的混合优化算法。差异进化算法是一种并行的全局优化算法,其优化机制使其在优化的起始阶段有较高的效率,但不能持续;下山单纯形算法是一种对目标函数梯度信息敏感的局部优化算法,具有很强的压缩参数向量的能力。利用所导出的检测差异进化算法效率跌落的机制,将2种算法有机结合,以下山单纯形算法强的参数向量压缩能力保证差异进化算法持续进行全局、并行搜索,得到一种高效的全并行混合优化算法。高维函数优化与匹配场反演仿真算例表明,该算法能有效解决复杂场合下的参数优化问题。

钢轨疲劳重伤威布尔分布的三个参数的估计方法

钢轨的疲劳重伤失效概率服从威布尔分布。但在估计其威布尔分布的三个参数时,传统的图解法效率低,且误差较大。而将威布尔函数转换成线性函数后进行最小二乘拟合的算法,则需要在一维上搜索相关系数的最大值。提出利用下山单纯形算法进行参数估计,并根据钢轨重伤威布尔模型的参数一般分布情况,构造合理的初始单纯形。结果表明,下山单纯形法在估计参数时,精度高,速度快,能有效地估计钢轨重伤威布尔分布的三个参数。

管式间接蒸发空气冷却器热工模型的求解方法

在管式间接蒸发空气冷却器热工模型的基础上,依据多元函数下山单纯形法求最小值的思想,使用Fortran语言编制了计算程序。用所编程序计算了一次空气流速、一次空气管内对流换热系数与冷却效率的关系,为管式间接蒸发空气冷却器进一步性能优化提供了理论依据。

混和遗传算法及其在亚音速翼型优化中的应用

为了降低遗传算法中适应度值的计算量,提出了一个新的混合算法,引入了聚类分析和下山单纯形局部寻优两个算子,聚类分析评估种群在欧氏测度上的分布特点后,给出合理的局部寻优空间,有效利用了下山单纯形算法的局部收敛特性,实现了算法的融合。在以升阻比最大为目标的RAE2822亚音速翼型单点设计中,分别采用传统GA算法和新算法进行优化设计,结果表明,新算法有效加快了计算效率,增强了算法对设计空间的挖掘能力。

预应力钢束空间干涉快速计算方法

混凝土箱梁中预应力钢束可抽象为空间中的三维曲线,当箱梁为斜腹板、变宽度并且预应力钢束存在平纵弯重叠的时候,其空间几何形状将会变得非常复杂,难以用常规的方法判断钢束之间、钢束与普通钢筋之间以及钢束与梁体表面之间的干涉问题。将数值计算方法引入桥梁专业三维设计领域,通过建立预应力钢束的空间参数方程,运用数值计算方法将问题转换为约束条件下的最优解问题,使钢束空间干涉问题得到解决。

一种高纬度区域船舶偏航距离的高精度求解算法

为提高船舶偏航距离的求解精度,设计一种迭代求解的方法,并与基于墨卡托投影的欧氏距离算法(算法1)和基于墨卡托投影的直接求解算法(算法2)进行比较,发现上述两种算法都存在误差。为此,提出一种基于正轴等距方位投影的直接求解算法(算法3)。验证结果表明:船舶在高纬度区域航行时,算法3比算法1和2对偏航距离的求解精度更高、速度更快。算法可应用于船舶运动控制、进出港操纵、航道规划和航线设计。

基于小波图像卷积的局部放电非梯度定位方法研究

为实现更准确的电力设备及线路异常放电定位,提出了一种基于小波图像卷积的非梯度定位方法。研究首先采用小波图像卷积的时延估计方法解决了低信噪比下时延估计误差较大的问题,基于小波变换分析获得了信号间时域–频域相关性,进一步通过卷积平均值获取精确时延估计值,在真实值±2μs的估计结果区间内将时延估计的置信概率提升了44%。在较高信噪比下应用时,有效地将估计结果的平均绝对误差限制在0.1μs内;其次,将下山单纯形法和模式搜索法2种非梯度优化方法引入局部放电定位算法中,借助非梯度优化算法无需求导、搜索迅速等优点,实现了局部放电源的定位寻优。为验证上述算法效果,首先通过仿真对比验证了小波图像卷积时延估计方法在不同时延长度、不同信噪比下的准确性和稳定性,然后采用十字阵列超声传感矩阵,对模拟放电源进行了实测。实验结果表明,所提出的定位算法相较传统算法误差更小,且未增加对硬件算力的要求。

基于多种群遗传算法的PID控制器参数优化技术研究

针对PID控制器参数优化问题,提出了基于多种群遗传算法的参数整定方法。为了实现快速高效的参数优化,我们将多种群遗传算法与下山单纯形局部优化算法相结合,提高了算法搜索到全局最优解的概率,并加快了算法收敛速度。实验结果表明,该方法可以实现最优PID参数控制,得到比经典遗传算法更为理想的控制效果。此外,该方法具有普遍的适用性,可用于其它参数优化问题。

一种高效的匹配场反演混合优化算法

将下山单纯形算法引入差异进化算法,提高了差异进化算法对目标函数梯度信息的利用,改善了差异进化算法的优化效率,由于下山单纯形算法与差异进化算法都是并行算法,混合算法同时具备了并行高效的特点.

混合Jaya算法在平面度误差评定中的应用

为了提高平面度误差评定的计算精度和收敛速度,提出了一种混合Jaya算法的平面度误差评定算法。首先,基于最小区域原则,构建平面度误差的数学模型;其次,在基本Jaya算法的基础上,两次引入反向学习机制对解的质量进行改善;再次,在迭代过程中,引入下山单纯形法提高算法的局部搜索能力;最后,通过两组算例对所提的算法进行实验验证。结果表明,混合Jaya算法在计算精度上优于遗传算法,粒子群算法,模拟植物生长算法,基本Jaya算法以及人工蜂群算法,在迭代速度上,快于上述算法的同时,相较于改进的人工蜂群算法提升了37.5%,体现了所提混合Jaya算法在迭代精度和速度上的优越性。

3-D fracture network dynamic simulation based on error analysis in rock mass of dam foundation

Accurate 3-D fracture network model for rock mass in dam foundation is of vital importance for stability,grouting and seepage analysis of dam foundation.With the aim of reducing deviation between fracture network model and measured data,a 3-D fracture network dynamic modeling method based on error analysis was proposed.Firstly,errors of four fracture volume density estimation methods(proposed by ODA,KULATILAKE,MAULDON,and SONG)and that of four fracture size estimation methods(proposed by EINSTEIN,SONG and TONON)were respectively compared,and the optimal methods were determined.Additionally,error index representing the deviation between fracture network model and measured data was established with integrated use of fractal dimension and relative absolute error(RAE).On this basis,the downhill simplex method was used to build the dynamic modeling method,which takes the minimum of error index as objective function and dynamically adjusts the fracture density and size parameters to correct the error index.Finally,the 3-D fracture network model could be obtained which meets the requirements.The proposed method was applied for 3-D fractures simulation in Miao Wei hydropower project in China for feasibility verification and the error index reduced from 2.618 to 0.337.