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基于演化硬件的电路容错仿真实验设计与实现

发布时间:2018-01-19 09:52

  本文关键词: 演化硬件 共享编码 负相关 容错 异构冗余 出处:《河北科技大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:演化硬件是现代电子系统中不可或缺的重要组成部分,随着电路应用范围的不断增加,电路的工作环境呈现出多样化和复杂化,电路出现故障的可能性也随之增大。为了使演化硬件在一些极端的环境中可以稳定工作,对其进行容错设计是很重要的。电路容错是指:当电路某些部分发生故障时,整个电路依然能够在其性能指标允许范围内工作。本文针对电路中最常出现的三种故障,设计出一种三模冗余电路对这三种故障具有良好的容错性能。本文采用一种改进的演化电路编码方法,将网表编码和线性编码相结合设计了共享编码方法。在共享编码方法中,前一个元件与后一个元件共用同一个节点,根据定义规则进行映射。共享编码方法能够有效地避免网表编码中容易产生的悬浮个体非法电路,能够表示比线性编码方法更丰富的电路结构,对于演化大规模电路更为有利。最后通过试验证明,这一编码方法能够实现模拟电路的演化设计。通过对负相关演化方法进行分析,采用交叉变异进行局部竞争机制设计,设计了一种双种群负相关演化算法。通过实验得到一组负相关电路,并将这一组电路和单一电路进行单一元件短路故障仿真测试,实验证明异构冗余电路具有更好的容错性能。本文采用一种新的异构三模冗余电路,针对模拟电路最常出现的三种故障,参数漂移、单一元件短路、单一元件断路,进行电路容错实验。对三模冗余电路在这三种故障情况下的幅频特征曲线进行仿真,并通过电路的平均适应度和平均故障率,与其他电路进行对比分析,观察三模冗余电路的容错能力,结果表明三模冗余电路对电路常见故障具有良好的容错性能。
[Abstract]:Evolutionary hardware is an indispensable part of modern electronic systems. With the increasing application of circuits, the working environment of circuits is diversified and complicated. The possibility of circuit failure also increases. In order to enable the evolution of hardware in some extreme environments can work stably. It is very important to design fault tolerance. Circuit fault tolerance refers to when some parts of the circuit fail. The whole circuit can still work within the limits of its performance index. This paper aims at the three most common faults in the circuit. A three-mode redundancy circuit is designed which has good fault-tolerant performance for these three faults. In this paper, an improved evolutionary circuit coding method is adopted. The shared coding method is designed by combining the network table coding and linear coding. In the shared coding method, the former component shares the same node with the latter. The shared coding method can effectively avoid the floating individual illegal circuits which are easy to produce in the network table coding, and can represent more abundant circuit structure than the linear coding method. Finally, it is proved by experiments that this coding method can realize the evolutionary design of analog circuits, and the negative correlation evolution method is analyzed. The local competition mechanism is designed by crossover mutation, and a double population negative correlation evolutionary algorithm is designed, and a group of negative correlation circuits are obtained by experiments. The simulation test of this set of circuits and the single circuit shows that the heterogeneous redundancy circuit has better fault-tolerant performance. In this paper, a new heterogeneous three-mode redundancy circuit is adopted. Aiming at the three most common faults of analog circuit, parameter drift, single component short circuit, single component break. Carry on the circuit fault-tolerant experiment. Simulate the amplitude-frequency characteristic curve of the three-mode redundant circuit in these three kinds of fault cases, and compare and analyze with other circuits through the average fitness and the average failure rate of the circuit. The fault-tolerant ability of the three-mode redundancy circuit is observed. The results show that the three-mode redundancy circuit has a good fault-tolerant performance to the common faults of the circuit.
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN710

【参考文献】

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本文编号:1443635

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