优化模块更新


COMSOL Multiphysics® 6.3 版本为“优化模块”的用户提升了瞬态优化的鲁棒性和计算速度,并引入了新的高效全局优化 (EGO) 求解器以及多个教学案例。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。

瞬态优化

新版本对处理瞬态问题的基于梯度的优化算法进行了改进,现在使用与 COMSOL® 软件中所有稳态梯度计算的执行方法类似的离散伴随方法。尽管之前的连续伴随算法仍然可用,但新的离散伴随方法在稳健性、精度和速度方面都更具优势。需要注意的是,两种算法可能都需要重新计算正演解,不过这些重启计算的稳健性已显著提高。此外,当新方法与内点优化器 (IPOPT) 或稀疏非线性优化器 (SNOPT) 优化求解器结合用于参数估计时,可以实现与时间测量点数相等的加速效果。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“优化求解器”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示沟槽剖面。
通过选择 伴随作为 优化求解器的梯度方法,可以访问基于梯度的瞬态问题优化的高级设置。默认设置已相当稳健,一般无需调整,且调整带来的额外益处不大。

高效全局优化

优化 研究步骤中添加了高效全局优化 (EGO) 求解器,作为新的无梯度优化求解器,其中使用贝叶斯优化来构建代理模型,特别注重在具有良好目标的区域提高精度。相比之下,以前版本中的局部求解器(例如二次逼近边界优化 BOBYQA 求解器)运行速度虽然更快,但在某些情况下,EGO 求解器能够持续找到更优的目标值。使用 EGO 求解器时,需要对控制参数设置界限,但无需使用初始值和比例。优化完成后,用户可以检查高斯响应面,这有助于评估目标在不同区域对扰动的敏感性。新增的这个求解器与“不确定性量化模块”共享功能和设置,但只需“优化模块”的许可证即可使用。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“优化”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示蝴蝶结天线模型。
EGO 求解器可用于 优化研究步骤。增加每个控制变量的初始样本数可以提高找到全局最优解的可能性,因此通过在 设置窗口中切换到其他(局部)无梯度求解器,并使用 继续按钮继续进行优化,可以进一步改善结果。

特征值优化

6.3 版本新增了对非线性特征值问题的支持,并与现有的特征值优化特征兼容,包括先稳态,后特征频率 研究步骤。同时,还引入了新的特征值排序和过滤工具,这些工具在优化过程中非常有用。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“先稳态,后特征频率”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示壳模型。
特征值解的排序和过滤设置可用于多个研究步骤,包括 先稳态,后特征频率研究步骤。

离散伴随求解器类型

现已推出一种新的时间离散 伴随求解器类型,适用于最优控制和瞬态参数估计。这种求解器类型基于离散灵敏度方法,能够增强使用瞬态求解器 进行梯度优化的鲁棒性、精度和性能。

在处理瞬态参数估计问题时,使用 SNOPT 或 IPOPT 求解器可以显著提高计算速度。这一加速效果得益于整个目标的综合灵敏度能够在一次计算中获得,无需为每个测量点单独进行计算。之前的连续灵敏度方法仍然可用,但不再是瞬态优化的默认方法。

离散和连续方法均通过检查点减少内存消耗,该技术涉及重新计算正演解。此外,还新增了核外 选项,作为正演解处理的替代方案,使用临时磁盘空间以避免重新计算。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“形状优化”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示化学蚀刻模型。
形状优化研究步骤的设置,其中使用瞬态 研究步骤对化学蚀刻过程进行优化,目标是通过蚀刻获得对称的沟槽。

其他功能改进

在以前的版本中,自由形状边界自由形状壳 特征要么支持在所有对称边界上保持法向连续性,要么在任何对称边界上都不保持法向连续性。在新版本中,这些特征已更新,现在可以选择要保持对称性的边界。多项式边界多项式壳 特征也已更新,现在支持在三维模式下的固定边处保持法向。此外,控制函数 特征也得到了改进,现在支持非均匀初始值,并重新设计了用户界面。最后,全局最小二乘目标 特征已整合至全局定义

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“控制函数”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示一维绘图。
控制函数特征现在支持物理量、非均匀初始值和外推设置。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.3 版本为“优化模块”添加了多个新的教学案例。