負相關模擬電路的演化模型研究.pdf

1、作為電子設備和自然界的重要接口，模擬電路在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中保持著不可或缺的地位。由于現(xiàn)代電子系統(tǒng)的應用日益廣泛，系統(tǒng)的應用環(huán)境呈現(xiàn)出多樣化、復雜化的趨勢。在模擬電路中，可能發(fā)生的故障多種多樣、且不可預知。為了保證模擬電路在實際工作環(huán)境中的穩(wěn)定性，對其進行容錯設計變得尤為重要。
　　當發(fā)生故障的時候，電路可以繼續(xù)維持正常工作或者性能指標在其允許的范圍內出現(xiàn)輕微的下降，則認為這個電路是可以容錯的。在特殊環(huán)境、甚至是未知環(huán)境下，對于傳統(tǒng)的

2、人工設計方法無法完成的電路容錯設計，可以通過演化容錯方法來解決。演化設計對于模擬電路容錯設計的優(yōu)勢在于:它不需要過多地依賴電路設計者的經(jīng)驗和固定的設計方法，可以開拓設計思路，能夠搜索到新的電路結構和元器件參數(shù)組合。在達到容錯目的的同時，能夠顯著地降低設計時間和成本。目前，關于模擬電路演化容錯的大部分研究工作都是針對己知的特定故障進行容錯設計。針對特定故障設計得到的容錯電路可能受到設計時沒有考慮到的故障的影響，從而降低電路在實際使用環(huán)境中

3、的容錯能力。負相關模擬電路冗余演化容錯設計方法是一種新穎的演化容錯方法，對于提高不確定環(huán)境下模擬電路的容錯泛化能力表現(xiàn)出了較大的潛力，能夠實現(xiàn)不依賴特定環(huán)境的無差別電路容錯。目前，負相關冗余演化容錯系統(tǒng)只是一個原形，還存在著很大的改進空間，所以有必要對其進行深入探討和研究。
　　本文的主要工作包含以下三個部分:
　　1.本文從約束優(yōu)化的新視角來建立負相關異構模擬電路演化模型，將負相關冗余設計問題看成包含電路功能和相關系數(shù)這兩

4、個目標的約束優(yōu)化問題。針對現(xiàn)有負相關冗余演化模型中存在的收斂性問題，在負相關演化模型中引入了隨機排序方法，提高了負相關冗余演化模型的收斂效率。同時，還觀察了分別將電路功能和相關系數(shù)作為目標函數(shù)和約束條件時的負相關冗余演化模型的行為機制。
　　2.針對現(xiàn)有多種群負相關演化模型計算量大從而導致其規(guī)?？蓴U展能力有限的問題，建立了單種群負相關冗余可擴展演化模型。相對于多種群演化模型而言，單種群模型能夠提供更多的負相關冗余電路，且具有更高的

5、收斂效率和規(guī)?？蓴U展能力。
　　3.從電路輸出信號的復頻域特性合成的角度出發(fā)，設計了一種利用加權平均電路結合而成的負相關冗余方法。實驗結果表明:利用加權平均電路結合負相關子電路在參數(shù)漂移故障情況下能夠帶來負相關電路一定程度穩(wěn)定能力的提升。
　　總之，本文在現(xiàn)有負相關模擬電路演化容錯設計研究的基礎上，針對負相關模擬電路演化設計中存在的收斂性問題和可擴展性問題，進行了一些探索性的研究工作:建立了具有較高收斂效率和規(guī)模可擴展能力的