一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，利用自适应策略和全局引导邻域搜索策略对标准人工蜂群算法进行优化。首先，在各文献自适应搜索方法的启发下，针对采蜜蜂提出了自适应搜索方程。在兼顾算法探索能力的同时，提高了算法的开发能力。另外，提出了全局邻域引导搜索策略，提高算法的收敛速度。本发明专利技术中的自适应ABC搜索算法与传统智能算法的结果相比，能够有效提高吸波材料最优配比的优化效率，有效平衡算法的探索和开发能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法
本专利技术涉及吸波材料配比最优化和智能优化算法领域，更具体地，涉及一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法。
技术介绍
人工蜂群(ABC)算法，是根据蜜蜂采蜜原理，仿照蜜蜂根据各自的分工进行不同的活动，并实现蜂群信息的共享和交流，从而找到蜜源的过程，实现对问题最优解的搜寻。在求解最优化问题上，与其他传统群体智能算法相比，ABC算法表现出了其显著优越的性能，同时具有操作简单、易于实现、参数设置较少的优点。然而，标准ABC算法同样存在以下缺陷：1)易于一些陷入局部最优；2)算法后期收敛速度较慢；3)搜索精度不高；4)对于复杂函数优化问题无法搜索到全局最优解。这对ABC算法的应用产生很大的影响[1]。针对以上缺点，本专利技术在标准ABC算法的基础上加入自适应搜索机制，进行进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述一个或多个缺陷，提出一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，包括以下步骤：S1：分析材料配比问题，建立算法模型；S2：设置算法参数和目标函数；S3：读取各材料参数；S4：自适应ABC算法；S5：得到最优配比结果。优选的是，步骤S1所述材料配比为多层吸波材料配比，其中各层的厚度、相对磁导率和相对介电常数分别为dk、μk、εk。优选的是，所述多层吸波材料配比包括以下步骤S1.1：以两层、三层吸波材料进行优化设计，每层介质材料选用表1的材料表的一种，总厚度D控制在3mm，每层的介质最小厚度不能小于0.5mm；S1.2：设计频带为f＝2-18GHz，电磁波以垂直的角度入射，根据吸波材料性质得到反射率计算公式；S1.3：设计最优带宽函数作为算法的目标函数。优选的是，步骤S2所述目标函数为F1＝|fi|RL＝-10-fi+1|RL＝-10|(i＝1,3…)，其中fi|RL＝-10表示反射率达到-10DB时的各个频率。优选的是，步骤S4包括以下步骤：S4.1：进行算法参数的设置；S4.2：算法初始化，随机生成初始采蜜蜂种群，即生成可行解；S4.3：计算初始种群中各个蜜蜂的适应值；S4.4：计算选择概率P，跟随蜂根据蜜源的蜂蜜量，选择较优的蜜源；S4.5：根据釆蜜蜂自适应搜索方程，产生新的蜜源，即产生新的解，并计算新的适应值；S4.6：跟随蜂在当前全局最优解的引导下进行较优蜜源的邻域搜索；S4.7：重新生成蜜源，替换被采蜜蜂丢弃的蜜源，保存最优蜜源；S4.8：判断是否有侦察蜂，若有则搜索新的蜜源，再循环S4.3-S4.7过程；S4.9：每次更新后需要保存最优蜜源，最终得到的最优蜜源作为材料最优配比设计最优解。优选的是，步骤S4.5所述蜜源搜索方程为其中，xj,i为第i维上不同于采蜜蜂m和k的任一采蜜蜂；u(t)为自适应系数，决定了蜜源搜索方程与全局最优引导搜索部分对循环次数的依赖稈度，t为当前循环次数；maxCycle为最大循环次数。进一步的，步骤S4.6所述的领域搜索为其中，δm,i为服从高斯分布N(1,0)的随机数；为[0,1.5]之间的随机数；为当前所有采蜜蜂个体的最优蜜源位置，即全局最优位置，能够使跟随蜂在当前全局最优解的引导下进行较优蜜源的邻域搜索。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的自适应ABC搜索算法与传统智能算法的结果相比，能够有效提高吸波材料最优配比的转化效率，有效平衡算法的探索和开发能力。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为多层吸波材料示意图；图3为标准ABC算法流程图；图4为初始化流程图；图5为适应度计算流程图；图6为采蜜蜂信息更新流程图；图7为跟随蜂信息更新流程图；图8为基于标准ABC算法的结果输出；图9为基于自适应ABC算法的结果输出；图10为基于自适应ABC算法与基于各算法两层材料收敛曲线；图11为基于自适应ABC算法与基于各算法三层材料收敛曲线。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，请参考图1，包括以下步骤：S1：分析材料配比问题，建立算法模型；S2：设置算法参数和目标函数；S3：读取各材料参数；S4：自适应ABC算法；S5：得到最优配比结果。本实施例中，吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。对于单层吸波材料来说，频带窄、吸波性能低、材料密度大等缺点，限制了吸波材料在工程中的广泛应用。而材料的性能指标要求是相互制约的，满足厚度薄的吸波材料，往往它的吸波带宽不够，且吸波性能不好；能满足一定带宽内具有很高的吸收率的材料，结构往往复杂不实用。因此，为了提高吸波材料的性能，本专利技术采用多层吸波材料的办法。多层吸波材料的结构如下图2所示，其中各层的厚度、相对磁导率和相对介电常数分别为dk、μk、εk。本实施例中，多层吸波材料配比设计的方案如下；S1.1：以两层、三层吸波材料进行优化设计，每层介质材料选用表1的材料表的一种，总厚度D控制在3mm，每层的介质最小厚度不能小于0.5mm；S1.2：设计频带为f＝2-18GHz，电磁波以垂直的角度入射，根据吸波材料性质得到反射率计算公式；S1.3：设计最优带宽函数作为算法的目标函数。其中吸波材料的性质包括1)复磁导率μ和复介电常数ε；2)各涂层材料的入射阻坑和反射率公式；3)吸波材料反射率的带宽。其中1)复磁导率μ和复介电常数ε金属的复介电常数：ε＝ε'-jε”；(式1)金属的复磁导率：μ＝μ'-jμ”；(式2)2)各涂层材料的入射阻坑和反射率公式a)各涂层吸波材料的入射阻坑其中d(K)为第K层的厚度，底板为金属板，Zin(0)＝0；b)总的吸波材料的涂层反射率3)吸波材料反射率的带宽本实施例设定反射率低于-10dB的频率范围就是它的带宽，作为评价多层吸波材料好坏的一个标准。本实施例中，步骤S2所述目标函数为F1＝|fi|RL＝-10-fi+1|RL＝-10|(i＝1,3…)，其中fi|RL＝-10表示反射率达到-10DB时的各个频率。在多层吸波材料配比设计中，为了方便，使用编号来代表材料，具体材料编号及其性质参数如下：表1材料编号及性质参数编号材料介电常数ε磁导率μ0CNT-2040-7％(7.1730-0.5483i,7.1504-0.5591i,…)(1.0765+0.0636i,1.0740+0.0646i,…)1CNT-2040-9％(10.01-1.0343i,1.9.9764-1.050i,…)(1.1719-0.017i,1.1656-0.01768i,…)2Fe@C-40％(6.0424-0.5627i,6.0309-0.5767i,…)(1.4214-0.0658i,1.4086-0.06221i,…)3Fe@C-50％(8.3678-0.9608i,8.3537-0.9808i,…)(1.5397-0.1004i,1.5341-0.09923i,…)4Ni@C-40％(4.8386-0.4726i,4.83396-0.4893i,…)(1.2488-0.15318i,1.23544-0.158i,…)5Ni@C-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：分析材料配比问题，建立算法模型；S2：设置算法参数和目标函数；S3：读取各材料参数；S4：自适应ABC算法；S5：得到最优配比结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：分析材料配比问题，建立算法模型；S2：设置算法参数和目标函数；S3：读取各材料参数；S4：自适应ABC算法；S5：得到最优配比结果。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，其特征在于，步骤S1所述材料配比为多层吸波材料配比，其中各层的厚度、相对磁导率和相对介电常数分别为dk、μk、εk。3.根据权利要求2所述的一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，其特征在于，所述多层吸波材料配比包括以下步骤S1.1：以两层、三层吸波材料进行优化设计，每层介质材料选用表1的材料表的一种，总厚度D控制在3mm，每层的介质最小厚度不能小于0.5mm；S1.2：设计频带为f＝2-18GHz，电磁波以垂直的角度入射，根据吸波材料性质得到反射率计算公式；S1.3：设计最优带宽函数作为算法的目标函数。4.根据权利要求1所述的一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，其特征在于，步骤S2所述目标函数为F1＝|fi|RL＝-10-fi+1|RL＝-10|(i＝1,3…)，其中fi|RL＝-10表示反射率达到-10DB时的各个频率。5.根据权利要求1所述的一种基于自适应ABC算法的吸波材料最优配比设计方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：S4.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡佳，曾碧，张丹枫，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44