CST中如何使用无参数优化器

来源：CST仿真专家之路更新时间：2024-06-23 阅读：

作者 | Ma Bin

经常使用CST内置优化器的读者可能在CST2023版本中就已经发现，我们增加了一个Non-Parametric Optimizer，即无参数优化器。但是一般情况下它都是默认置灰状态，只有当选定特定的求解器和算法之后它才可以被选择。

本篇文章就给大家介绍一下如何使用无参优化器。

首先，CST的无参优化器必须要用到另一款优化软件——Tosca。Tosca是一款专门用于无参数优化的软件，它可以对复杂的结构进行拓扑、外形和条纹优化，得到更加轻量、坚固、耐久的结构设计。举个例子，对于奥迪A8的稳定杆连接杆，由于前轴的变化，连接杆不再满足刚度要求，使用Tosca对外轮廓进行优化，可以减少30%的应力，但是如果仅仅是修改外轮廓半径，最多只能减少18%的应力。很明显，放大了优化的变量自由度，就会得到更多可能的优化结果。

我们用一个简单的结构优化的例子带大家了解Tosca，可以想象如果把电磁结果作为优化目标去优化结构设计，是否也可以行得通呢？CST给的答案是YES。

在CST中创建一个简单的矩形波导和圆波导，然后用Loft工具将它们连接起来，Smoothness设置为0.1。优化区域是中间的连接区，我们希望这段波导在11GHz-20GHz内S11尽可能的低，参数优化的做法就是将0.1用一个变量替代，然后选择合适的优化算法对变量进行优化迭代。但是在无参优化中，不需要参数化也可以进行结构优化。

常规地在两端设置波导端口，然后背景材料改为PEC，因为这三段solid我们设置是的Vacuum。为了加速仿真，我们在边界条件中设置合适的对称面。

然后我们选择求解器，一定要选择F-solver，然后在Method中选择Fast reduced order model。Frequency中不需要设置其他频点，因为我们关注的仅仅是一个宽带的S参数。网格自适应建议不勾选，会影响迭代速度，但是前提是全局网格+局部网格加密之后模型的网格质量是良好的。

在选择了F-solver之后，我们左边的导航树中会出现一个新的“树干”，Design Space，也就是我们要进行无参优化的区域。在定义Design Space之前，我们先利用Shift+F选中波导过渡区的表面，然后右键Design Space选择“New Design Space for Shape Optimization”，就完成设置了。图中绿色部分就是我们定义的设计空间，无参优化也就是在这个空间上进行，而不会修改矩形波导和圆波导。当然，这个步骤也可以反着来，先选择“New Design Space for Shape Optimization”再去选择面，完成定义。

一般在定义完Design Space之后，用户还可以对它设置对称约束和形状约束。在本例中，因为之前已经设置了边界条件电对称和磁对称，这里就不用再设置了。

最后需要设置我们的优化目标，点击Non-Parametic Optimizer之后会弹出下面的对话框。在①处，我们需要将路径指向Tosca安装文件下的win_b64文件夹，这个只需要设置一次。然后我们在Type处选择S-Parameter，点击Add response打开Define S-Parameter Design Response对话框。依次设置我们需要优化的结果、频率范围和目标，然后点击OK完成设置。最后点击Start启动优化。

在Messages窗口中可以查看优化的过程，一个design cycle代表运行了一次CST和一次Tosca。

运行完成之后，可以在对应的工程目录下看到<Project name>_tosca的文件夹。这个文件夹内包含了我们优化的所有结果。比较重要的两个文件夹：1.SAVE.cst文件夹内包含了我们优化过程中每次迭代的.cst文件，并且有对应的.inp文件；2.TOSCA_POST文件夹内包含了Tosca的所有输出，其中我们可以用Tosca View打开<project name>_tosca_ALL_ELEMENTS_report.vtfx文件查看优化过程和目标曲线等结果。

从000开始到016结束，一共有17个结果，可以查看目标函数曲线和优化过程。

从上面的优化目标曲线可以看出，008的优化函数值是最小的，再往后优化反而变差了。那我们就取一些特殊的cycle中的.cst文件来仿真看下具体S参数结果。从下图可以看出：007/008/009的结果都比较好，008可能总体而言更优一些。但016明显要差一点，所以我们基本可以判定007/008/009这三个cycle对应的形状就是最好的。注意，这里计算的结果都是在CST的无参优化器对话框中点击Verify得到的结果，它会找到Tosca输出的网格文件，然后再计算。