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儀器如何進行多目標質量指標優化設計?

時間︰2020-04-22 15:04 點擊次數︰

現代儀器的質量指標與儀器的主要結構參數之間有一定的制約關系。要使總目標好,實際上就是一個多目標優化問題。但是目前還沒有見到對所有質量指標進行優化設計的例子,目前己發表的文獻有以下幾類。
1、對某一個關鍵性的零部件進行最優化設計
如零位光柵、經緯儀的自動安平機構等。關鍵部件性能的改進提高了儀器的質量,而其他部分則參照現存結構,不進行很大改動。
2、對某一項質量指標進行改進
計量儀器精度是核心,所以可以把儀器的單次測量總誤差作為目標函數,把參與測量的各個環節的誤差以及儀器的構造參數作為設計變量,而公差的變化範圍和構造參數的變化範圍的限制條件作為約束條件,這樣就可以構成非線性約束極小化的問題。其他諸如體積最小、成本最低等也可以作為目標。
3、利用信息率的概念建立數學模型
例如,對于紅外分光光度計建立一個模型為
式中,s為狹縫的光譜寬度;S/N為信噪比;r為記錄系統的時間常數;左邊各項是儀器的外部性能;右邊是內部結構參數(如光源、光學系統、控測器的參數)。
4、反復核算修改的方法
目前應用最廣泛的方法是通過反復核算和修改來確定總體參數,直到各方面的要求得到折中平衡為止。
可見,在光電儀器設計中應用優化設計的方法還不夠自覺和普及,還有待進一步提高。同時也要看到對于設計計算的地位也不可估計過高。歷史上的許多發明家公開藐視數學方法,有它一定的道理。因為對于一個全新的設想,使用計算的方法並不能奏效,這時用實驗研究的方法可能更切合實際。盡管如此,在設計實驗裝置時也同樣需要全面考慮總體的設計安排,不可過分偏廢。
5、多目標優化方法
這是一種比較合乎情理的可以達到的目標。多目標優化方法指的是對各項性能指標進行通盤考慮的方法,比如在鏡頭設計中,多種像差的平衡實際上就是多目標函數優化的例證。
 

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