模擬電路演化設(shè)計與負相關(guān)演化容錯方法研究.pdf

1、模擬電路是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的一部分，為了使模擬電路在一些極端環(huán)境中能夠穩(wěn)定工作，對其進行容錯性設(shè)計是非常重要的。電路容錯是指：當電路中的某些部分發(fā)生故障時，整個電路依然能夠工作在其性能指標所允許的范圍之內(nèi)。然而，當電子系統(tǒng)工作在極端復(fù)雜的環(huán)境中時，其所受到的影響可能是未知的，可能出現(xiàn)的故障也是未知和難以預(yù)測的?，F(xiàn)有的工作大都針對已知故障進行電路容錯設(shè)計，但是，當一個電路受到某種故障的影響，且這種故障在電路設(shè)計過程中并沒有考慮到，那

2、么電路性能很有可能受到很大影響。所以，如何提高模擬電路對未知故障的容忍能力是一個很重要的問題。針對未知故障，本文以演化方法為主要手段，對模擬電路的容錯性設(shè)計方法進行了探索性的研究。本文具體工作主要包括兩大部分：1）模擬電路演化設(shè)計；2）模擬電路演化容錯設(shè)計。模擬電路的演化設(shè)計是指利用演化算法來自動搜索出符合設(shè)計目標的結(jié)果。模擬電路的演化容錯設(shè)計是在模擬電路演化的基礎(chǔ)上，加入一些容錯設(shè)計指標，從而使演化算法自動設(shè)計出具有一定容錯能力的模擬

3、電路。模擬電路的演化設(shè)計是模擬電路演化容錯設(shè)計所必不可少的基礎(chǔ)。在模擬電路的演化設(shè)計方面，本文對幾個基本演化算子在模擬電路演化設(shè)計問題中的性能進行研究并提出了用于模擬電路演化設(shè)計的混合GA算法；在模擬電路演化容錯設(shè)計方面，本文提出了演化負相關(guān)模型ENCF，研究了ENCF的負相關(guān)演化機制并提出了一種新的負相關(guān)冗余容錯電路設(shè)計方法。實驗發(fā)現(xiàn)，冗余模塊在頻率域中保持一定的負相關(guān)關(guān)系，有助于提高整個電路系統(tǒng)容錯性能的泛化性。
　　 本文

4、主要的創(chuàng)新點以及所取得的進展如下：
　　 1.在模擬電路演化設(shè)計方面，本文提出了一種新的模擬電路演化算法HME-GA。在HME-GA中，我們將過變異策略和精英保留策略融入到GA算法中，并通過實驗結(jié)果證明：HME-GA對模擬電路的演化比傳統(tǒng)的GA算法更加有效，而且與單純使用過變異策略的GA相比，HME-GA中的過變異效率更高，這是由于精英保留策略的存在。HME-GA算法的提出為我們后續(xù)的模擬電路演化容錯設(shè)計研究工作打下了基礎(chǔ)。

5、r>　　 2.在模擬電路演化容錯設(shè)計方面，本文對模擬電路在未知故障環(huán)境下的容錯性設(shè)計問題進行了探索性的研究，并提出了用于模擬電路的負相關(guān)冗余容錯方法。在該方法中，我們定義了評價電路之間負相關(guān)關(guān)系的方法，并通過設(shè)計多個功能相同且相互間呈負相關(guān)關(guān)系的模擬電路冗余模塊米提高整個系統(tǒng)的容錯性能。大量故障仿真實驗的統(tǒng)計結(jié)果表明，冗余模塊在頻率域中保持一定的負相關(guān)關(guān)系能夠提高模擬電路容錯性能的泛化性，從而提高模擬電路對未知故障的容忍能力。這說明負

6、相關(guān)冗余容錯方法對于模擬電路未知故障容錯問題來說是一種有希望的解決方法。
　　 3.本文提出了負相關(guān)演化模型ENCF來進行負相關(guān)冗余模塊的設(shè)計。ENCF是由本文所提出的一個原型系統(tǒng)，是本文針對模擬電路未知故障容錯方法所進行的研究工作的重要組成部分。它包含了多種群策略、候選個體選擇策略和交叉評估策略這三個核心策略。這三個策略是ENCF實現(xiàn)負相關(guān)演化的關(guān)鍵。實驗結(jié)果表明ENCF有能力演化出具有負相關(guān)關(guān)系的模擬電路冗余模塊。