基于演化計算的模擬電路冗余容錯方法研究.pdf

1、模擬電路的容錯設計是電路設計中很重要的一部分，演化容錯設計是電路容錯設計的一種方法。冗余容錯設計是一種較好的演化容錯設計方法，它用一定的容錯資源換來電路容錯能力的提高。本文主要對該方法做研究，研究冗余系統(tǒng)的子電路結構之間的關系對系統(tǒng)容錯能力的影響。為了更好的研究冗余系統(tǒng)的容錯能力和電路結構之間的關系，本文希望組合成冗余系統(tǒng)的電路的結構分布范圍要大一些，電路的結構盡可能不要太相似，即希望電路的結構更多樣化。由于組合成系統(tǒng)的這些電路是演化得

2、到的，電路的演化設計是進化算法在電路的編碼空間中搜索目標電路的過程，所以為了演化得到一些結構多樣的電路，需要保證兩個條件。第一個條件:編碼空間中電路的結構多樣性要好。第二個條件:算法能搜索到這些結構多樣的電路，而不是搜索到的只是編碼空間中的一些結構很相似的電路。針對這兩個問題，本文首先提出了一種基于函數(shù)機制的用于模擬電路演化設計的編碼方式，該編碼空間中電路的結構多樣性比較好，為算法搜索到結構多樣性好的電路提供基礎。由于進化算法本身的特性

3、，導致最終演化結束后，搜索到的個體很相似。針對這個問題，本文提出了一種基于懲罰和保護機制的電路結構多樣性保護策略，實驗結果顯示，該策略提高了種群中電路的結構的多樣性。在得到了這些結構多樣性好的電路的基礎上，本文的最后通過度量學習的方式探索了冗余系統(tǒng)的容錯機制和系統(tǒng)子電路的結構之間的關系。通過度量學習，可以得到一種新的距離度量準則，在該距離度量準則的作用下，冗余系統(tǒng)的容錯能力隨著子電路結構距離的減小而變差。
　　本研究主要內容包括：

4、⑴提出一種基于函數(shù)機制的用于模擬電路演化設計的編碼方式。該編碼用自定義的函數(shù)來確定電路中元件的類型，連接方式和參數(shù)值。該編碼中元件的連接比較多樣，使得編碼空間中電路的結構多樣性比較好，為演化得到結構多樣化的電路作好準備。該部分通過實驗的方式驗證了該編碼方式能夠用于電路的演化設計。⑵提出一種基于懲罰和保護機制的電路的結構多樣性保護策略。該策略通過懲罰一部分相似個體，同時保護一部分優(yōu)秀的個體，保證算法在多樣性好的編碼空間中更有可能搜索到一些