基于遺傳算法優(yōu)化儲(chǔ)存環(huán)線性及非線性動(dòng)力學(xué)參數(shù).pdf

1、亮度是同步輻射光源的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它是由輻射裝置和束流品質(zhì)共同決定的。從儲(chǔ)存環(huán)物理設(shè)計(jì)者的角度講，通過(guò)降低發(fā)射度的辦法實(shí)現(xiàn)高亮度的相干輻射是非常有意義的。下一代的衍射極限儲(chǔ)存環(huán)的發(fā)射度在10pmrad量級(jí)，相比于現(xiàn)在國(guó)際上運(yùn)行的同步輻射裝置低了兩三個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然降低發(fā)射度有利于提高亮度，但是超低發(fā)射度的設(shè)計(jì)目標(biāo)給儲(chǔ)存環(huán)物理設(shè)計(jì)者提出了很多挑戰(zhàn):怎樣在權(quán)衡眾多約束和目標(biāo)的前提下有效降低發(fā)射度至衍射極限，并在非常強(qiáng)的四極鐵聚焦結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)

2、足夠大的動(dòng)力學(xué)孔徑已經(jīng)成為了加速器界的熱門課題。我們以優(yōu)化衍射極限儲(chǔ)存環(huán)中的線性參數(shù)和非線性動(dòng)力學(xué)孔徑作為博士研究課題，日標(biāo)是為同步輻射裝置通過(guò)降低束流發(fā)射度來(lái)提高光源亮度發(fā)展高效率的研究方法。
　　 論文采用遺傳算法和并行計(jì)算相結(jié)合，以數(shù)值跟蹤的方法直接評(píng)估儲(chǔ)存環(huán)非線性表現(xiàn)，以此為依據(jù)對(duì)儲(chǔ)存環(huán)中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，推進(jìn)了衍射極限同步輻射光源在物理上實(shí)現(xiàn)的可能性。針對(duì)動(dòng)力學(xué)孔徑這一無(wú)法通過(guò)解析標(biāo)識(shí)量準(zhǔn)確衡量的非線性系統(tǒng)穩(wěn)定邊界

3、，我們利用跟蹤粒了的丟失情況給出了其數(shù)值化的標(biāo)準(zhǔn)。利用這一數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)使計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷優(yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)的每個(gè)解的動(dòng)力學(xué)孔徑質(zhì)量，充分發(fā)揮遺傳算法的全局搜索能力，并克服了用某些解析標(biāo)識(shí)量來(lái)衡量一個(gè)儲(chǔ)存環(huán)非線性表現(xiàn)的不確定性。本論文中，針對(duì)不同的優(yōu)化問(wèn)題，我們分別采用了GLASS全局?jǐn)?shù)值掃描方法，單目標(biāo)遺傳算法利多目標(biāo)遺傳算法之NSGA-Ⅱ?qū)?chǔ)存環(huán)的參數(shù)優(yōu)化方法做了比較系統(tǒng)的分析。對(duì)于合肥光源的低發(fā)射度模式設(shè)計(jì)，我們使川的是GLASS全局掃描方法

4、。因?yàn)閘attice的變量很少，通過(guò)由粗粒度到細(xì)粒度的掃描很容易得到lattice所能實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)解。對(duì)于合肥光源改造工程的lattice我們利川多目標(biāo)遺傳算法分別設(shè)計(jì)了消色散模式、非消色散模式、低動(dòng)量緊縮因子模式和為安裝EPU需求而設(shè)計(jì)的高低beta模式，充分驗(yàn)證遺傳優(yōu)化算法的可行性和高效性。合肥先進(jìn)光源儲(chǔ)存環(huán)的變量多，全局優(yōu)化難度高，為此我們利川遺傳算法逐漸收斂到可行區(qū)域的特性，首先通過(guò)優(yōu)化線性參數(shù)而降低線性磁鐵的變量范圍，然后將線性

5、變量約束在這區(qū)域內(nèi)同時(shí)優(yōu)化四極鐵強(qiáng)皮和六極鐵強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低發(fā)射度和增加動(dòng)力學(xué)孔徑的目的。論文所發(fā)展的程序可以獲得滿足多個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束條件的可行解解集，為設(shè)計(jì)人員確定儲(chǔ)存環(huán)設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)提供了多種選擇。
　　 總之，論文發(fā)展了直接以動(dòng)力學(xué)孔徑和束流發(fā)射度為優(yōu)化目標(biāo)，基于并行計(jì)算架構(gòu)多日標(biāo)遺傳算法的儲(chǔ)存環(huán)設(shè)計(jì)與優(yōu)化程序，能夠直接地、高效率地尋找到給定變量空間的滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的可行解集，為儲(chǔ)存環(huán)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化提供有益的指導(dǎo)。