CST中如何使用無參數優化器

來源：CST仿真專家之路更新時間：2024-06-23 閱讀：

作者 | Ma Bin

經常使用CST內置優化器的讀者可能在CST2023版本中就已經發現，我們增加了一個Non-Parametric Optimizer，即無參數優化器。但是一般情況下它都是默認置灰狀態，只有當選定特定的求解器和算法之后它才可以被選擇。

本篇文章就給大家介紹一下如何使用無參優化器。

首先，CST的無參優化器必須要用到另一款優化軟件——Tosca。Tosca是一款專門用于無參數優化的軟件，它可以對復雜的結構進行拓撲、外形和條紋優化，得到更加輕量、堅固、耐久的結構設計。舉個例子，對于奧迪A8的穩定桿連接桿，由于前軸的變化，連接桿不再滿足剛度要求，使用Tosca對外輪廓進行優化，可以減少30%的應力，但是如果僅僅是修改外輪廓半徑，最多只能減少18%的應力。很明顯，放大了優化的變量自由度，就會得到更多可能的優化結果。

我們用一個簡單的結構優化的例子帶大家了解Tosca，可以想象如果把電磁結果作為優化目標去優化結構設計，是否也可以行得通呢？CST給的答案是YES。

在CST中創建一個簡單的矩形波導和圓波導，然后用Loft工具將它們連接起來，Smoothness設置為0.1。優化區域是中間的連接區，我們希望這段波導在11GHz-20GHz內S11盡可能的低，參數優化的做法就是將0.1用一個變量替代，然后選擇合適的優化算法對變量進行優化迭代。但是在無參優化中，不需要參數化也可以進行結構優化。

常規地在兩端設置波導端口，然后背景材料改為PEC，因為這三段solid我們設置是的Vacuum。為了加速仿真，我們在邊界條件中設置合適的對稱面。

然后我們選擇求解器，一定要選擇F-solver，然后在Method中選擇Fast reduced order model。Frequency中不需要設置其他頻點，因為我們關注的僅僅是一個寬帶的S參數。網格自適應建議不勾選，會影響迭代速度，但是前提是全局網格+局部網格加密之后模型的網格質量是良好的。

在選擇了F-solver之后，我們左邊的導航樹中會出現一個新的“樹干”，Design Space，也就是我們要進行無參優化的區域。在定義Design Space之前，我們先利用Shift+F選中波導過渡區的表面，然后右鍵Design Space選擇“New Design Space for Shape Optimization”，就完成設置了。圖中綠色部分就是我們定義的設計空間，無參優化也就是在這個空間上進行，而不會修改矩形波導和圓波導。當然，這個步驟也可以反著來，先選擇“New Design Space for Shape Optimization”再去選擇面，完成定義。

一般在定義完Design Space之后，用戶還可以對它設置對稱約束和形狀約束。在本例中，因為之前已經設置了邊界條件電對稱和磁對稱，這里就不用再設置了。

最后需要設置我們的優化目標，點擊Non-Parametic Optimizer之后會彈出下面的對話框。在①處，我們需要將路徑指向Tosca安裝文件下的win_b64文件夾，這個只需要設置一次。然后我們在Type處選擇S-Parameter，點擊Add response打開Define S-Parameter Design Response對話框。依次設置我們需要優化的結果、頻率范圍和目標，然后點擊OK完成設置。最后點擊Start啟動優化。

在Messages窗口中可以查看優化的過程，一個design cycle代表運行了一次CST和一次Tosca。

運行完成之后，可以在對應的工程目錄下看到<Project name>_tosca的文件夾。這個文件夾內包含了我們優化的所有結果。比較重要的兩個文件夾：1.SAVE.cst文件夾內包含了我們優化過程中每次迭代的.cst文件，并且有對應的.inp文件；2.TOSCA_POST文件夾內包含了Tosca的所有輸出，其中我們可以用Tosca View打開<project name>_tosca_ALL_ELEMENTS_report.vtfx文件查看優化過程和目標曲線等結果。

從000開始到016結束，一共有17個結果，可以查看目標函數曲線和優化過程。

從上面的優化目標曲線可以看出，008的優化函數值是最小的，再往后優化反而變差了。那我們就取一些特殊的cycle中的.cst文件來仿真看下具體S參數結果。從下圖可以看出：007/008/009的結果都比較好，008可能總體而言更優一些。但016明顯要差一點，所以我們基本可以判定007/008/009這三個cycle對應的形狀就是最好的。注意，這里計算的結果都是在CST的無參優化器對話框中點擊Verify得到的結果，它會找到Tosca輸出的網格文件，然后再計算。