針對(duì)不確定故障的模擬電路演化容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、模擬電路是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的重要組成部分。實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，特別是軍用、航天等領(lǐng)域，模擬電路的故障是多樣性的，不確定的、難以預(yù)測(cè)的，會(huì)對(duì)電路的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，人們對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)的容錯(cuò)性提出了更高的要求。而電路規(guī)模的不斷擴(kuò)大、復(fù)雜度的不斷提高，使得人工方法難以完成繁雜的模擬電路容錯(cuò)設(shè)計(jì)工作，所以研究不確定故障下的模擬電路容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法有著重要的意義。對(duì)此，本文以演化計(jì)算和群智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，針對(duì)模擬電路的不確定故障容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法進(jìn)

2、行了探索研究。具體工作如下:
　　 1)針對(duì)不確定單點(diǎn)故障的模擬電路容錯(cuò)設(shè)計(jì):未知環(huán)境下模擬電路的故障是不確定的，某些故障會(huì)導(dǎo)致整體功能喪失（稱為災(zāi)難性故障點(diǎn)）。為降低電路關(guān)鍵點(diǎn)個(gè)數(shù)和災(zāi)難故障率，提高電路對(duì)單點(diǎn)故障的容錯(cuò)性能，提出了一種新穎的兩階段演化設(shè)計(jì)方法，并從實(shí)際的故障中抽象得到不確定單點(diǎn)故障模型。此外，將電路功能演化設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)分開(kāi)，有效的降低了演化設(shè)計(jì)過(guò)程中的仿真時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:與標(biāo)準(zhǔn)巴特沃茲濾波器和GA演化設(shè)計(jì)

3、的電路相比，該設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到的電路個(gè)體具有更低的“災(zāi)難性故障點(diǎn)”比例。
　　 2)基于異構(gòu)子電路的模擬電路容錯(cuò)設(shè)計(jì):單一電路的容錯(cuò)性能有限，而采用不同的冗余電路結(jié)構(gòu)，能有效提高對(duì)不確定故障的容錯(cuò)性。據(jù)此，對(duì)基于多重冗余模塊的模擬電路結(jié)構(gòu)多樣性設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。定量分析了電路演化設(shè)計(jì)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)收斂性問(wèn)題，獨(dú)立提出了基于不同長(zhǎng)度空間擁擠因子和基于基因型相似度懲罰項(xiàng)的改進(jìn)演化策略算法。對(duì)電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)分別進(jìn)行優(yōu)化，改善優(yōu)化性能。隨機(jī)實(shí)

4、驗(yàn)結(jié)果表明:改進(jìn)的演化策略算法，能夠有效降低優(yōu)化過(guò)程中過(guò)早收斂問(wèn)題和對(duì)染色體較短個(gè)體收斂?jī)A向問(wèn)題，提高電路結(jié)構(gòu)差異度。
　　 3)基于粒子群算法的模擬電路多重冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì):為進(jìn)一步提高模擬電路的結(jié)構(gòu)多樣性，采用了改進(jìn)變長(zhǎng)粒子群優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。提出了針對(duì)電路特殊染色體編碼的粒子長(zhǎng)度更新策略、結(jié)構(gòu)位置向量投票更新策略和參數(shù)向量環(huán)投影更新策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方法能夠有效提高種群粒子間的結(jié)構(gòu)相關(guān)基因型差異度。此外，隨機(jī)容錯(cuò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

5、明:基于異構(gòu)子電路的多重冗余模塊能夠有效降低“災(zāi)難”故障率，當(dāng)電路中元件故障率提高時(shí)，相較于其他電路性能大幅衰減的情況，該模塊表現(xiàn)出了較好的容錯(cuò)性能。
　　 4)基于信號(hào)聚類分析的模擬電路容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法:采用故障響應(yīng)互補(bǔ)思想以提高不確定故障下電路整體容錯(cuò)性能，提出了模擬電路輸出信號(hào)復(fù)平面演化聚類分析的方法。在該方法中，建立了模擬信號(hào)聚類分析模型，對(duì)模擬信號(hào)的相位和幅度分量分別進(jìn)行演化聚類分析，并在此基礎(chǔ)上以濾波器容錯(cuò)設(shè)計(jì)為例，給出