Stochastic optimization methods for beam dynamics problems

Abstract

В данной работе рассматривается проблема моделирования и оптимизации динамики интенсивного пучка в поле бегущей волны с помощью трех различных методов оптимизации: метода роя частиц, генетического алгоритма глобальной оптимизации и генетического алгоритма многокритериальной оптимизации. Данные методы были реализованы на языке Matlab. При этом решены следующие задачи: в процессе исследования была изучена информационная база, включающая в себя текущее состояние дел в рамках научного исследования. Также изучены стохастические методы оптимизации для задач динамики пучка заряженных частиц. В качестве наиболее подходящих для дальнейшего исследования и применения были выбраны методы роя частиц, генетический алгоритм глобальной оптимизации и генетический алгоритм многокритериальной оптимизации. Применение выбранных методов к заданной математической модели динамики заряженных частиц пучка в поле бегущей волны было осуществлено на практике численно. Полученные результаты представлены в работе. Также было проведено сравнение результатов и описан процесс получения итоговых данных.

In this work was considered the problem of modeling and optimizing the dynamics of an intense beam in the field of a traveling wave using three different optimization methods: the particle swarm method, the genetic algorithm for global optimization, and the genetic algorithm for multicriteria optimization. These methods were implemented in the Matlab language. At the same time, the following tasks were solved: in the course of the research, the information base was studied, which includes the current state of affairs in the framework of scientific research. Stochastic optimization methods for problems of the dynamics of a beam of charged particles are also studied. The methods of particle swarm, the genetic algorithm for global optimization and the genetic algorithm for multicriteria optimization were chosen as the most suitable for further research and application. The application of the selected methods to a given mathematical model of the dynamics of charged particles of a beam in the field of a traveling wave was carried out in practice numerically. The results obtained are presented in the work. The results were compared and the process for obtaining the final data was described.