基于全局优化的直接仿星器线圈设计：在准轴对称装置全面探索中的应用
计算物理
2024-05-22 v2
摘要
许多仿星器线圈设计问题受多个极小值的困扰，其中局部最优线圈组在性能上有时差异显著。因此，使用局部优化算法单次求解线圈设计问题通常是不够的，更优的极值很可能仍然存在。为解决此问题，我们提出了一种用于仿星器线圈设计的全局优化算法，并概述了如何对线圈的物理位置施加盒式约束。该算法具有一个全局探索阶段，用于搜索设计空间中有趣的区域，随后跟随三个局部优化算法在这些有趣区域内进行搜索（一种“全局到局部”的方法）。第一个局部算法（阶段 I）在全局化阶段之后，基于近轴展开，寻找在磁轴邻域内优化准对称性的仿星器线圈。第二个局部算法（阶段 II）接收这些线圈组，并在环形体积上针对嵌套磁通面和准对称性进行优化。最后的局部算法（阶段 III）对这些构型进行精修，以精确逼近准对称性。利用我们的全局算法，我们研究了线圈长度、纵横比、旋转变换与准轴对称质量之间的权衡。该仿星器数据库包含约 200,000 个线圈组，可在线获取，称为 QUASR，即“QUAsi-symmetric Stellarator Repository（准对称仿星器仓库）”。
引用
@article{arxiv.2310.19097,
title = {Direct stellarator coil design using global optimization: application to a comprehensive exploration of quasi-axisymmetric devices},
author = {Andrew Giuliani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.19097},
year = {2024}
}