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CSA-NSGAII algorithm for magnetically shielded room shield lamination optimization
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 14, Pages: 1749-1763(2022)
- 作者机构：
1.西安理工大学 自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
2.西安高新技术研究所，陕西 西安 710000
- 作者简介：
- 基金信息：
DOI：10.37188/OPE.20223014.1749
CLC： TP391.9;TM274Received：20 April 2022，
Revised：23 May 2022，
Published：25 July 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
杨松楠,张晓晖,刘媛媛等.用于磁屏蔽室屏蔽叠层优化的CSA-NSGAII算法[J].光学精密工程,2022,30(14):1749-1763.
YANG Songnan,ZHANG Xiaohui,LIU Yuanyuan,et al.CSA-NSGAII algorithm for magnetically shielded room shield lamination optimization[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(14):1749-1763.
杨松楠,张晓晖,刘媛媛等.用于磁屏蔽室屏蔽叠层优化的CSA-NSGAII算法[J].光学精密工程,2022,30(14):1749-1763. DOI： 10.37188/OPE.20223014.1749.
YANG Songnan,ZHANG Xiaohui,LIU Yuanyuan,et al.CSA-NSGAII algorithm for magnetically shielded room shield lamination optimization[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(14):1749-1763. DOI： 10.37188/OPE.20223014.1749.
摘要
为提高多层磁屏蔽室的屏蔽性能，进一步降低磁屏蔽室的建造成本，本文将磁屏蔽叠层结构优化视为多目标函数优化问题，在可行的建造成本与建造质量构成的约束下，提出一种分段交叉策略与自适应变异算子改进NSGAII算法（CSA-NSGAII），对屏蔽叠层结构参数进行优化。CSA-NSGAII算法解决了NSGAII算法种群收敛分布不均匀，全局搜索能力差和容易陷入局部最优等问题，从而能够获得屏蔽室最优叠层结构。与NSGAII算法、NSGAII-SDR、g-NSGAII和MOEA/D算法相比，CSA-NSGAII的GD、IGD与Spacing等指标均有显著提升，说明本文提出的CSA-NSGAII算法收敛性能更好，种群分布更均匀。实验结果表明：经优化后的叠层结构在屏蔽性能不变的情况下平均能够节省约14%的建造成本，并在干扰幅值为32 000 nT，频率为1 Hz的亥姆霍兹线圈中，实现约70 dB的屏蔽性能。
Abstract
To improve the shielding performance of a multilayer magnetically shielded structure and to further reduce the construction cost of a magnetically shielded room， this study proposes to treat the magnetically shielded structure as a multi-objective function optimization problem， and to optimize the parameters of the shielded lamination structure using the non-dominated sorting genetic algorithm-II （NSGAII） under the constraints of feasible construction cost and quality construction composition. In this study， the NSGAII algorithm is improved using a segmental crossover strategy with an adaptive variation operator called CSA-NSGAII to solve the problems of the traditional NSGAII algorithm of uneven population convergence distribution， poor global search ability， and easily falling into a local optimum. Compared with the original NSGAII algorithm， NSGAII-SDR， g-NSGAII， and MOEA/D algorithms， the CSA-NSGAII is beneficial in GD， IGD， and spacing， indicating that the proposed CSA-NSGAII algorithm achieves improved convergence performance and a more uniform population distribution. By applying the algorithm proposed in this paper to the multi-objective optimization design problem of the magnetic shielding structure， the experimental results show that the optimized stacked structure can， on average， save approximately 14% of the construction costs while achieving the same shielding performance， and can achieve approximately 70 dB of shielding performance in a Helmholtz coil with an interference amplitude of 32 000 nT and frequency of 1 Hz.
关键词
Keywords
references
刘添豪 . 零磁装置内高均匀度微特级磁场的实现及应用研究 ［D］. 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2021 .
LIU T H . Research on Realization and Application of μ T-level Magnetic Fields of High Homogeneity Inside Magnetically Shielded Rooms ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2021 . （in Chinese）
李永倩 ， 温芳芳 ， 王劭龙 . 基于磁流体的温度磁场测量技术研究进展 ［J］. 激光与光电子学进展 ， 2022 ， 59 （ 5 ）： 0500003 . doi: 10.3788/LOP202259.0500003 http://dx.doi.org/10.3788/LOP202259.0500003
LI Y Q ， WEN F F ， WANG S L . Research progress of temperature and magnetic field dual-parameter measurement technology based on magnetic fluids ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2022 ， 59 （ 5 ）： 0500003 . （in Chinese） . doi: 10.3788/LOP202259.0500003 http://dx.doi.org/10.3788/LOP202259.0500003
王永良 . 超导量子干涉仪磁传感器电路关键技术研究 ［D］. 合肥 ： 中国科学技术大学 ， 2021 . doi: 10.7498/aps.70.20210286 http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20210286
WANG Y L . Study on the Circuit Technologies of SQUID Sensor for Practical Applications ［D］. Hefei ： University of Science and Technology of China ， 2021 . （in Chinese） . doi: 10.7498/aps.70.20210286 http://dx.doi.org/10.7498/aps.70.20210286
DICKERSON S ， HOGAN J M ， JOHNSON D M S ， et al . A high-performance magnetic shield with large length-to-diameter ratio ［J］. The Review of Scientific Instruments ， 2012 ， 83 （ 6 ）： 065108 . doi: 10.1063/1.4720943 http://dx.doi.org/10.1063/1.4720943
DEB K ， PRATAP A ， AGARWAL S ， et al . A fast and elitist multiobjective genetic algorithm： NSGA-II ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2002 ， 6 （ 2 ）： 182 - 197 . doi: 10.1109/4235.996017 http://dx.doi.org/10.1109/4235.996017
ZITZLER E ， THIELE L . Multiobjective evolutionary algorithms： a comparative case study and the strength Pareto approach ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 1999 ， 3 （ 4 ）： 257 - 271 . doi: 10.1109/4235.797969 http://dx.doi.org/10.1109/4235.797969
郑金华 . 多目标进化算法及其应用 ［M］. 北京 ： 科学出版社 ， 2007 . doi: 10.1109/icnc.2007.43 http://dx.doi.org/10.1109/icnc.2007.43
ZHENG J H . Multi-objective Optimization Algorithm and Application ［M］. Beijing ： Science Press ， 2007 . （in Chinese） . doi: 10.1109/icnc.2007.43 http://dx.doi.org/10.1109/icnc.2007.43
CANOVA A ， FRESCHI F ， GIACCONE L ， et al . Identification of material properties and optimal design of magnetically shielded rooms ［J］. Magnetochemistry ， 2021 ， 7 （ 2 ）： 23 . doi: 10.3390/magnetochemistry7020023 http://dx.doi.org/10.3390/magnetochemistry7020023
FRESCHI F ， REPETTO M . VIS： an artificial immune network for multi-objective optimization ［J］. Engineering Optimization ， 2006 ， 38 （ 8 ）： 975 - 996 . doi: 10.1080/03052150600880706 http://dx.doi.org/10.1080/03052150600880706
LI J D ， WANG Z ， QUAN W . Multi-objective optimization of multilayer passive magnetic shield based on genetic algorithm ［J］. AIP Advances ， 2019 ， 9 （ 12 ）： 125210 . doi: 10.1063/1.5131250 http://dx.doi.org/10.1063/1.5131250
公茂果 ， 焦李成 ， 杨咚咚 ， 等 . 进化多目标优化算法研究 ［J］. 软件学报 ， 2009 ， 20 （ 2 ）： 271 - 289 . doi: 10.3724/sp.j.1001.2009.00271 http://dx.doi.org/10.3724/sp.j.1001.2009.00271
GONG M G ， JIAO L C ， YANG D D ， et al . Research on evolutionary multi-objective optimization algorithms ［J］. Journal of Software ， 2009 ， 20 （ 2 ）： 271 - 289 . （in Chinese） . doi: 10.3724/sp.j.1001.2009.00271 http://dx.doi.org/10.3724/sp.j.1001.2009.00271
TIAN Y ， CHENG R ， ZHANG X Y ， et al . A strengthened dominance relation considering convergence and diversity for evolutionary many-objective optimization ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2019 ， 23 （ 2 ）： 331 - 345 . doi: 10.1109/tevc.2018.2866854 http://dx.doi.org/10.1109/tevc.2018.2866854
MOLINA J ， SANTANA L V ， HERNÁNDEZ-DÍAZ A G ， et al . G-dominance： reference point based dominance for multiobjective metaheuristics ［J］. European Journal of Operational Research ， 2009 ， 197 （ 2 ）： 685 - 692 . doi: 10.1016/j.ejor.2008.07.015 http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2008.07.015
ERNÉ S N ， HAHLBOHM H D ， SCHEER H ， et al . The berlin magnetically shielded room （BMSR） section B：performances ［J］. Biomagnetism ， 1981 ， 79 ： 87 . doi: 10.1515/9783110863529-006 http://dx.doi.org/10.1515/9783110863529-006
潘征 ， 李跃波 ， 熊久良 ， 等 . 低频脉冲磁场中磁屏蔽体磁饱和效应的试验研究 ［J］. 电波科学学报 ， 2022 ， 1 - 8 . doi: 10.12265/j.cjors.2021130 http://dx.doi.org/10.12265/j.cjors.2021130
PAN Z ， LI Y B ， XIONG J L ， et al . Test study on magnetic sat-uration effect of magnetic shield in low-frequency pulsed magnetic field ［J］. Chinese journal of radio science ， 2022 ， 1 - 8 . （in Chinese） . doi: 10.12265/j.cjors.2021130 http://dx.doi.org/10.12265/j.cjors.2021130
李玉凌 ， 何连杰 ， 郭安琪 ， 等 . 多层金属板低频磁屏蔽效能的理论模型与特性分析 ［J］. 科学技术与工程 ， 2020 ， 20 （ 16 ）： 6490 - 6496 . doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2020.16.028 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-1815.2020.16.028
LI Y L ， HE L J ， GUO A Q ， et al . Theoretical model and characteristic analysis of low-frequency magnetic shielding effectiveness of multilayer metal plates ［J］. Science Technology and Engineering ， 2020 ， 20 （ 16 ）： 6490 - 6496 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2020.16.028 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-1815.2020.16.028
赵一阳 . 基于磁滞模型的零磁装置性能分析 ［D］. 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2019 .
ZHAO Y Y . Performance Analysis of the Facility for Nearly Zero Magnetic Field Environment Baced on the Hysteresis Model ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2019 . （in Chinese）
VERMA S ， PANT M ， SNASEL V . A comprehensive review on NSGA-II for multi-objective combinatorial optimization problems ［J］. IEEE Access ， 9 ： 57757 - 57791 .
董骏峰 ， 王祥 ， 梁昌勇 . 基于个体邻域的改进NSGA-Ⅱ算法 ［J］. 计算机工程与应用 ， 2019 ， 55 （ 5 ）： 166 - 174 .
DONG J F ， WANG X ， LIANG C Y . Improved NSGA-Ⅱ algorithm based on individual neighborhood ［J］. Computer Engineering and Applications ， 2019 ， 55 （ 5 ）： 166 - 174 . （in Chinese）
PAAVOLA M A J ， ILMONIEMI R J ， SOHLSTRÖM L ， et al . High performance magnetically shielded room for clinical measurements ［C］. Biomag 96 ， 2000 ： 87 - 90 . doi: 10.1007/978-1-4612-1260-7_22 http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4612-1260-7_22
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