儀器如何進行多目標質量指標優化設計？
2018-01-02
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，而公差的變化范圍和構造參數的變化范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，使用計算的方法并不能奏效，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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