CSA-NSGAII algorithm for magnetically shielded room shield lamination optimization

YANG Songnan; ZHANG Xiaohui; LIU Yuanyuan; ZHANG Jinsheng; XI Xiaoli

doi:10.37188/OPE.20223014.1749

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CSA-NSGAII algorithm for magnetically shielded room shield lamination optimization

Information Sciences | 更新时间：2026-09-11

- 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;TM274
- Received：20 April 2022，
  
  Revised：2022-05-23，
  
  Published：25 July 2022
- 稿件说明：
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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

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