matlab和ansys联合优化,MATLAB与HFSS联合建模与仿真优化详细介绍
本文介绍了基于粒子群算法的阻抗调制表面天线副瓣优化方法，并详细说明了MATLAB与HFSS联合优化的实际应用流程。通过工具链设计与实现部分可知：利用HFSS进行建模时可编写自定义函数生成复杂结构；在MATLAB中通过脚本文件实现对HFSS的操作记录与自动化功能；结合粒子群算法进行天线结构优化时可设定目标函数并编写适应度函数以实现驻波比、副瓣等多种性能指标的综合优化。该方法显著提高了天线设计效率并实现了更优的性能指标，在实际工程中具有重要的应用价值与推广意义。
【实例简介】
本文对MATLAB与HFSS的集成优化途径进行了详尽阐述，并提出了采用粒子群算法实现阻抗调制表面天线的副瓣性能提升方案
1. Tools→ Record script to file,保持类型选择(*vbs)然后起一个自己可以
记住的名字。
2.在HFSS中正常进行操作。
3. Tools Stop Script recording
在当前阶段，在步骤二中进行的操作将被记录到预先指定的文件路径中的相关代码模块。
中。依照上述步骤,你可以写出任意的操作所对应的脚本文件。对于一些基本的
开发由Vijay ramasami及其团队负责的一组MATLAB函数包，并通过调用这些函数可实现轻松完成相关计算。
生成所需功能模块的脚本文件。例如，在当前函数包中某些功能模块尚未实现的情况下，则可以通过调用外部库或扩展模块来补充。
过上面的方法写自己所需要的函数。
编写完所需所有操作的函数后,仅需在 MATLAB中按步骤连续调用函数即
可。比如绘制完成一个如下所示天线模型建模
1.将各个函数包加入到木路径下
addpath(. /boundary/-)
addpath(./3dmodeler/)
addpath(./analysis/)
4addpath(,/general/')
2.创建脚木文件,调用新建工程函数
tmp ScriptFile leak wave. vb
fid= fopen(tmpScriptFile, wt
g create a new HFSS project.
hfssNewProject (fid)
hfssInsert Design(fid,'l
3.设置所需变量
gap=[0.55,0.6930.93,1.24,1.49,1.49,1.240.93,0.69。0.55]
gap=[a1,a2,a3,a4,a5,a5,a43a3,a2,a1]
4.调用模型函数(大部分在3 modeler函数包中)进行建模
for 1=1:10
hfssRect angle(fid,rect,i, 4',[(i-1)*a/10,-1/2,0,(a/10-gal
hf ssRect angle(fid, rect, 1+10, 2'3 [(i-1)*a/10+(a/10-gap(i))
end
hf ssUnite(fid, I rect, rect2', rect3', rect, rect5, recti
IfssMove(fid, rect,[-ax(num)/2,0, 0
hf ssDuplicateAlongLine(fid, rect 11, [a, 0, 0], num ,m
hfssUnite(fid, rect
y rect
, rect 1
y rect 1
3. rect
hfssRect angle(fid,'1,1,2,[l ar /2, -w/2, 01, 11, w,mm)
Rect ang1e(fid,1,2,2,[1_ax/2,-W/2,0],-113W,mn);
hfssPolygon(fid,p1,[-1ar/2+11,-w/2,0;-1ar/2+11,w/2,0;-a:
hfssPolygon(fid,p2,[1ax/2-11,-w/230:1_ar/2-11,w/230:a*(r
hfssUnite(fid, i rect1'11,1
2:p1:p2})
设置边界条作和材料
hfssAssignPE(fid, PECl', t rect])
hfssAssignPE(fid, PEC2' I GND1'1
hfssAssignMaterial(fid, ai
vaCLLIIL
hfssAssignMaterial(fidarlon', Arlon AD600 (tm))
6.设置端口
hfssAssignLumpedPort(
hfssAssignLumpedPort(fi,: 2, Port2, [1_ar/2,0,0],[1-a/2,0,-dI, nm, 50, 0)
7.求解设置
hfssInsert Solution(fid, setup, 10, 0.1, 10)
lve Setup(fid
8.脚本执行函数(该函数用于启动HFSS
Execute this script on disk D using the HFSS and Ansys EM 161T software versions. The application is configured to use the default settings with the SSAP tool enabled. It is set up with a time step size of TBS and a False option selected for stability.
这个过程和在HFSS中完成仿真是一样的,只不过这里面用脚本函
数代替了在HFSS中的人工操作。越是复杂的模型,这种建模方法越能
体现岀优势。通常情况下, Vijay ramasami等人编写的函数包足够我们
使用,但是为了进一步挖掘HFSS的功能和降低我们的工作量,学会自
己编写函数也是很重要的
建模流程已顺利完成,接下来将着手开展仿真优化工作。本文仅作为示例,采用PSO算法来进行说明。
这个方法。天线的优化可能会涉及各种指标例如,驻波比,副瓣,增益等等。实
在实际工程应用中,这些关键指标综合考虑是必要的。我们可以通过参数范围内的扫描方法来计算
规划出合适的天线结构尺寸, 但这种方式存在效率低下问题。因此, 建议采用优化算法来改善天线设计的性能
进行自动的优化仿真。步骤如下
首先将上述建模程序改成一个 MATLAB数,其输入变量就是需要进行优
化的结构参数。
Function model_leak_wave(al,a2,a3,a4,a5)
2.编写数据交互函数,即将需要优化的指标比如驻波比,副瓣等从HFSS的计
算结果中导入到 MATLAB。这一步需要自己编写函数, Vijay ramasami等人
编写的函数包中没有这类函数。
hfssExport RadiationData(f
3.编写适应度函数,即优化日标函数。这驅面我只想要优化天线的副瓣,那么
适应度函数就是副瓣(主程序中默认副瓣越小越好
function sl=fitness(x)
nOaE
wave (A
(3),x(4),x(5)
pattern=csvread( F: \PSO\second\hfssapi\examples\shuju. csv, 1, 0)
pk=findpeaks ( pattern(:, 2))
pk=sort(pk)
M=length(pk)
sl=pk(M-1)
4.编写优化第法主程序。一些常见的优化算法GA,PSO都有很多廾源的代码。
为了开发自己的优化算法的机会,这一步就需要自己编写程序了。我在这些内容中
其采用的是基于PSOM框架的一份开源代码。
这里我仅仅进行了3次迭代计算,副瓣就有显著的降低,下面左图是优化前
的,右图是优化后的。
□m删
这些步骤完成后,工作就基本结束了,大家只要安心等待结果就好了,再也
我们应该尽量避免费时费力且枯燥的全面参数扫描过程∫,并将主要关注点放在系统架构优化上
和算法设计上面
上述教程只是一个示例性的教学,希望对大家有所帮助。
如有问题,需要帮助请联系QQ:3490486548。如果悠有更好的方法也希望能
与我交流。
【实例截图】
【核心代码】