多目標質(zhì)量指標優(yōu)化設計

現代儀器的質(zhì)量指標與儀器的主要結構參數之間有一定的制約關(guān)系。要使總目標好，實(shí)際上就是一個(gè)多目標優(yōu)化問(wèn)題。但是目前還沒(méi)有見(jiàn)到對所有質(zhì)量指標進(jìn)行優(yōu)化設計的例子，目前己發(fā)表的文獻有以下幾類(lèi)。

1。對某一個(gè)關(guān)鍵性的零部件進(jìn)行最優(yōu)化設計

如零位光柵、經(jīng)緯儀的自動(dòng)安平機構等。關(guān)鍵部件性能的改進(jìn)提高了儀器的質(zhì)量，而其他部分則參照現存結構，不進(jìn)行很大改動(dòng)。

2。對某一項質(zhì)量指標進(jìn)行改進(jìn)

計量?jì)x器精度是核心，所以可以把儀器的單次測量總誤差作為目標函數，把參與測量的各個(gè)環(huán)節的誤差以及儀器的構造參數作為設計變量，而公差的變化范圍和構造參數的變化范圍的限制條件作為約束條件，這樣就可以構成非線(xiàn)性約束極小化的問(wèn)題。其他諸如體積最小、成本最低等也可以作為目標。

3。利用“信息率”的概念建立數學(xué)模型

例如，對于紅外分光光度計建立一個(gè)模型為

式中，s為狹縫的光譜寬度;S/N為信噪比;r為記錄系統的時(shí)間常數;左邊各項是儀器的外部性能;右邊是內部結構參數（如光源、光學(xué)系統、控測器的參數）。

4。反復核算修改的方法

目前應用最廣泛的方法是通過(guò)反復核算和修改來(lái)確定總體參數，直到各方面的要求得到折中平衡為止。

可見(jiàn)，在光電儀器設計中應用優(yōu)化設計的方法還不夠自覺(jué)和普及，還有待進(jìn)一步提高。同時(shí)也要看到對于設計計算的地位也不可估計過(guò)高。歷史上的許多發(fā)明家公開(kāi)藐視數學(xué)方法，有它一定的道理。因為對于一個(gè)全新的設想，使用計算的方法并不能奏效，這時(shí)用實(shí)驗研究的方法可能更切合實(shí)際。盡管如此，在設計實(shí)驗裝置時(shí)也同樣需要全面考慮總體的設計安排，不可過(guò)分偏廢。

5。多目標優(yōu)化方法

這是一種比較合乎情理的可以達到的目標。多目標優(yōu)化方法指的是對各項性能指標進(jìn)行通盤(pán)考慮的方法，比如在鏡頭設計中，多種像差的平衡實(shí)際上就是多目標函數優(yōu)化的例證。