HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真

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 摘要


電磁場仿真設(shè)計(jì)過程中,我們通常希望在現(xiàn)實(shí)的模型物理參數(shù)中尋找到更優(yōu)或更合適的設(shè)計(jì)目標(biāo)解,達(dá)到對產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。

Ansys HFSS中包含Optimetrics優(yōu)化模塊,它提供了多種優(yōu)化分析工具:

■ Parametric參數(shù)化優(yōu)化;

■ Optimization目標(biāo)優(yōu)化;

■ Sensitivity敏感度分析;

■ Statistical統(tǒng)計(jì)分析;

■ Tuning實(shí)時(shí)調(diào)諧;

■ Design of Experiments實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);

Optimetrics允許用戶進(jìn)行自動化參數(shù)掃描,實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)諧,根據(jù)確定性能規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化,對優(yōu)化模型進(jìn)行靈敏度和統(tǒng)計(jì)分析,6Sigma分析等。

本文采用Ansys 2020R2版本電磁軟件產(chǎn)品包,以一個(gè)貼片天線仿真優(yōu)化的例子,來說明在Ansys HFSS中使用參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真方法。


在HFSS仿真中實(shí)現(xiàn)參數(shù)掃描仿真


1、打開ANSYS Electronics Desktop,建立HFSS project,根據(jù)貼片天線理論參數(shù)進(jìn)行建模,將希望調(diào)節(jié)的物理量設(shè)置成參數(shù)化,并設(shè)置好模型的材料、激勵、邊界條件等特性;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖1

2、模型參數(shù)化設(shè)置如下圖示意,將天線模型各尺寸物理量設(shè)置成可調(diào)諧的參數(shù)化,所有建模參數(shù)化參量可在HFSS菜單下Design Properties里看到;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖2  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖3  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖4  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖5  

3、在左側(cè)Project Manager框中右鍵點(diǎn)擊Optimetrics,并選擇Add Parametric;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖6  

4、在彈出的菜單Sweep Definitions頁點(diǎn)擊右側(cè)Add按鈕,會出現(xiàn)Add/Edit Sweep菜單,Variable下拉框中就是我們設(shè)置的參數(shù)化量,我們可選擇對1個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化掃描設(shè)置;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖7  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖8  

5、設(shè)置好選中參數(shù)的掃描范圍和步進(jìn)(Start、Stop、Step),點(diǎn)擊Add完成該參數(shù)掃描的設(shè)置,根據(jù)需要可添加下一個(gè)參數(shù)掃描設(shè)置,然后點(diǎn)擊OK即可完成參數(shù)化掃描設(shè)置,此時(shí)可在Project Manager框中看到添加的參數(shù)掃描項(xiàng)目;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖9  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖10  

6、檢查模型設(shè)置無誤后,可右鍵點(diǎn)擊剛才添加的參數(shù)掃描項(xiàng),選擇Analyze進(jìn)行仿真,或在Simulation菜單中點(diǎn)擊Analyze All開始仿真;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖11  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖12  

7、仿真完成后,可查看仿真結(jié)果,在Families頁中,默認(rèn)選擇輸出所有掃描參數(shù)的仿真結(jié)果,也可手動選擇輸出某個(gè)參數(shù)的仿真結(jié)果,根據(jù)仿真目標(biāo)需求,選擇最符合需求的參數(shù);

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖13  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖14  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖15  

在HFSS仿真中實(shí)現(xiàn)自動優(yōu)化仿真


1、建立HFSS project,建立模型和參數(shù)化模型如上節(jié)1-2點(diǎn)所述;

2、在左側(cè)Project Manager框中右鍵點(diǎn)擊Optimetrics,并選擇Add Optimization;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖16  

3、在彈出的菜單中Optimizer下拉框中可選擇自動優(yōu)化的算法,點(diǎn)擊Setup Calculations,在彈出的菜單中選擇自動優(yōu)化的目標(biāo)表達(dá)式,點(diǎn)擊Add Calculation確定;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖17  
HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖18  

4、在生成的表達(dá)式行中,填寫自動優(yōu)化目標(biāo)的表達(dá)式值及權(quán)重,可設(shè)置多個(gè)優(yōu)化目標(biāo);

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖19  

5、點(diǎn)擊Edit Variables,選擇用來做自動優(yōu)化的參數(shù)變量;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖20  

6、完成后即可開始自動優(yōu)化仿真;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖21  

7、仿真完成后即可輸出自動優(yōu)化結(jié)果;

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖22  

結(jié)論


使用仿真手段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)的常態(tài),Ansys HFSS仿真軟件具備多種優(yōu)化分析工具,能夠協(xié)助我們快速進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)最優(yōu)解幫助企業(yè)更高效完成更具挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

HFSS應(yīng)用案例:參數(shù)掃描與自動優(yōu)化仿真的圖23

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