模擬電路演化設(shè)計(jì)與負(fù)相關(guān)演化容錯(cuò)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(duì)其進(jìn)行容錯(cuò)性設(shè)計(jì)是非常重要的。電路容錯(cuò)是指：當(dāng)電路中的某些部分發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)電路依然能夠工作在其性能指標(biāo)所允許的范圍之內(nèi)。然而，當(dāng)電子系統(tǒng)工作在極端復(fù)雜的環(huán)境中時(shí)，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(cè)的。現(xiàn)有的工作大都針對(duì)已知故障進(jìn)行電路容錯(cuò)設(shè)計(jì)，但是，當(dāng)一個(gè)電路受到某種故障的影響，且這種故障在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)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(duì)未知故障的容忍能力是一個(gè)很重要的問(wèn)題。針對(duì)未知故障，本文以演化方法為主要手段，對(duì)模擬電路的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)方法進(jìn)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(jì)；2）模擬電路演化容錯(cuò)設(shè)計(jì)。模擬電路的演化設(shè)計(jì)是指利用演化算法來(lái)自動(dòng)搜索出符合設(shè)計(jì)目標(biāo)的結(jié)果。模擬電路的演化容錯(cuò)設(shè)計(jì)是在模擬電路演化的基礎(chǔ)上，加入一些容錯(cuò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，從而使演化算法自動(dòng)設(shè)計(jì)出具有一定容錯(cuò)能力的模擬

3、電路。模擬電路的演化設(shè)計(jì)是模擬電路演化容錯(cuò)設(shè)計(jì)所必不可少的基礎(chǔ)。在模擬電路的演化設(shè)計(jì)方面，本文對(duì)幾個(gè)基本演化算子在模擬電路演化設(shè)計(jì)問(wèn)題中的性能進(jìn)行研究并提出了用于模擬電路演化設(shè)計(jì)的混合GA算法；在模擬電路演化容錯(cuò)設(shè)計(jì)方面，本文提出了演化負(fù)相關(guān)模型ENCF，研究了ENCF的負(fù)相關(guān)演化機(jī)制并提出了一種新的負(fù)相關(guān)冗余容錯(cuò)電路設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，冗余模塊在頻率域中保持一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，有助于提高整個(gè)電路系統(tǒng)容錯(cuò)性能的泛化性。
　　 本文

4、主要的創(chuàng)新點(diǎn)以及所取得的進(jìn)展如下：
　　 1.在模擬電路演化設(shè)計(jì)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(guò)變異策略和精英保留策略融入到GA算法中，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：HME-GA對(duì)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(guò)變異策略的GA相比，HME-GA中的過(guò)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(cuò)設(shè)計(jì)研究工作打下了基礎(chǔ)。

5、r>　　 2.在模擬電路演化容錯(cuò)設(shè)計(jì)方面，本文對(duì)模擬電路在未知故障環(huán)境下的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了探索性的研究，并提出了用于模擬電路的負(fù)相關(guān)冗余容錯(cuò)方法。在該方法中，我們定義了評(píng)價(jià)電路之間負(fù)相關(guān)關(guān)系的方法，并通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)功能相同且相互間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的模擬電路冗余模塊米提高整個(gè)系統(tǒng)的容錯(cuò)性能。大量故障仿真實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，冗余模塊在頻率域中保持一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系能夠提高模擬電路容錯(cuò)性能的泛化性，從而提高模擬電路對(duì)未知故障的容忍能力。這說(shuō)明負(fù)

6、相關(guān)冗余容錯(cuò)方法對(duì)于模擬電路未知故障容錯(cuò)問(wèn)題來(lái)說(shuō)是一種有希望的解決方法。
　　 3.本文提出了負(fù)相關(guān)演化模型ENCF來(lái)進(jìn)行負(fù)相關(guān)冗余模塊的設(shè)計(jì)。ENCF是由本文所提出的一個(gè)原型系統(tǒng)，是本文針對(duì)模擬電路未知故障容錯(cuò)方法所進(jìn)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(gè)體選擇策略和交叉評(píng)估策略這三個(gè)核心策略。這三個(gè)策略是ENCF實(shí)現(xiàn)負(fù)相關(guān)演化的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ENCF有能力演化出具有負(fù)相關(guān)關(guān)系的模擬電路冗余模塊。