在极大望远镜宽视场光谱仪准直镜结构轻量化研究中, 实施多学科多目标优化的可行性设计。通过多目标遗传算法结合多学科协同对准直镜轻量化结构进行优化设计, 即以镜面形状要素为优化参数、镜面面型和质量为目标, 并借助遗传算法为优化算法获取Pareto最优解。对比研究了不同轻量化孔轻量化后综合性能和轻量化后准直镜的热稳定性, 三角型轻量化后准直镜轻量化率为70%, PV值为82.696 nm; 矩形轻量化孔准直镜轻量化率为75.3%, PV值约为107.03 nm; 准直镜环境温度变化为10 K时, 准直镜形变约增加一倍。研究结果表明: 三角形轻量化孔综合评价优于矩形孔; 准直镜结构轻量化多目标优化设计全面考虑了准直镜结构轻量化、轻量化孔形状要素和光学面型形变等多学科之间耦合问题, 设计者可按需选择全局范围内最满意的最优解, 这将大幅度降低开发成本和周期。

针对大口径、离轴、非对称结构的空间光学遥感器主动热控功率最小分配的难题, 提出一种基于多目标遗传算法的功率优化方法。首先根据空间相机结构建立有限元模型。然后, 凭借设计者的经验, 根据相机结构特点及大致热分布规律, 初步划分热控区域, 规划设计变量和目标变量。之后, 将设计变量和目标变量代入多目标遗传算法求出Pareto最优解集。最后, 在最优解集中选出合适的功率分配代入到仿真模型中进行计算, 得到优化后的功率分配及温度场。对某离轴三反空间相机进行了功率优化和地面热平衡试验。经TMG仿真计算, 优化后整机波动范围在低温工况和高温工况分别降低了476%和357%, 并且总功耗降低了685%。经地面热平衡试验表明, 整机温度场温差控制在±05 ℃以内, 满足±2℃的指标要求。

通过使用多目标遗传算法对回旋行波放大器加载分布式损耗的电阻率和厚度参数进行优化，得出了两个参数的最佳组合值：损耗层厚度0.116 mm，电阻率为铜的77 882倍，此时放大器达到最大增益15.9 dB。并且通过单目标遗传算法对该值的准确性进行了验证，使得放大器在有效抑制回旋返波振荡的同时实现了增益的最大化。

为了提高微操作平台的操作空间和动态性能，基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点，根据试验点建立平台的参数化几何模型，应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据，采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后，计算了反映响应面拟合度的评价指标，验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标，强度为约束，建立了平台的多目标优化模型，采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知，固有频率与放大倍数之间是相互冲突的，故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知，平台的固有频率增大了35.58 %，放大倍数增大了2.33 %，最大应力减小了38.97 %，证明了提出的优化方法的有效性。