【摘要】：為了提高電路系統(tǒng)在高電壓、強電磁等復雜電磁環(huán)境中的容錯抗擾能力,有效降低故障率,增強系統(tǒng)的魯棒性,提出了一種特征映射和異構(gòu)評估相結(jié)合的電路冗余容錯設(shè)計方法。該方法基于硬件演化設(shè)計思路,結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征映射算法,通過分析演化得到優(yōu)秀個體電路特征,并輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行映射聚類學習,然后通過聚類得到幾類不同子電路的組集;設(shè)計了異構(gòu)電路評估選擇策略,研究了類間的異構(gòu)度相關(guān)性,并在異構(gòu)度大的類中選擇最佳電路個體,作為子模塊構(gòu)建冗余電路系統(tǒng)。研究結(jié)果表明:構(gòu)建的新系統(tǒng)在受擾或局部損傷的情況下,仍能保持較高的穩(wěn)定性和容錯能力;在單點短路、單點斷路和隨機故障仿真實驗中,所設(shè)計的新異構(gòu)冗余系統(tǒng)的最佳無故障率為92.5%,系統(tǒng)的平均無故障率為90.5%,比隨機的冗余電路系統(tǒng)平均無故障率提高了6.5%,比同構(gòu)冗余電路系統(tǒng)平均無故障率提高了26.5%,實驗證明異構(gòu)度高的冗余電路系統(tǒng)具有更好的容錯抗擾能力和可靠性。研究結(jié)果為復雜電磁環(huán)境下魯棒電路的研究提供了一種新的解決思路。
【圖文】：

閱?的泛化性。本文基于個體電路特征映射聚類算法和電路間異構(gòu)評估選擇策略，構(gòu)建了容錯抗擾能力更強的異構(gòu)冗余系統(tǒng)，并對系統(tǒng)在單點短路、斷路及多點故障狀況下的容錯性能進行了仿真實驗。1異構(gòu)冗余容錯原理演化算法的全局搜索能力保證電路在演化過程中獲得多個不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)秀個體電路，是進行異構(gòu)冗余設(shè)計的基矗異構(gòu)冗余電路系統(tǒng)是由多個不同子電路冗余構(gòu)成的系統(tǒng)，系統(tǒng)中只要大多數(shù)個子電路可以實現(xiàn)電路功能，那么即使其他冗余電路不能正常工作，整個系統(tǒng)也能實現(xiàn)相對應的功能。本文所采用異構(gòu)冗余系統(tǒng)模型如圖1所示。在該模型中，3個子模塊電路輸出均為n0位，共3n0位作為表決器的輸入，表決器對每1位進行3輸入1輸出的表決，表決器的輸出為n0位。表1為不同故障位情況下，系統(tǒng)的表決結(jié)果對比情況。表1中，a組為3個電路模塊每位輸出均為正確值000…01；b組為第3個模塊在第1位輸出為錯誤，而由于前2個模塊的相同位輸出正確，所以表決器選擇0輸出正確；c組發(fā)生2個位的錯誤輸出，但是不在同1個位置上，所以表決器經(jīng)過表決，系統(tǒng)輸出仍為正確值；d組中2個位錯誤發(fā)生在同1位，表決器無法輸出正確值，因此d組是圖1冗余系統(tǒng)模型Fig.1Redundantsystemmodel表1不同故障位情況下表決結(jié)果Table1Votingresultsunderdifferentfaultconditions系統(tǒng)組件a組b組c組d組模塊1000…01000…01010…01100…01模塊2000…01000…01000…01000…01模塊3000…01100…01100…01100…01位表決器000…01000…01000…01100…01表決結(jié)果正確正確正確錯誤

化，設(shè)計模擬3×2數(shù)字電路乘法器的生成，合理設(shè)計電路編碼方案和演化算子，利用遺傳算法中種群多樣性的特點，產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)秀個體電路，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入候選項。2.1遺傳算法設(shè)計遺傳算法是電路演化的一種基本算法，演化算法是仿照生物體繁衍現(xiàn)象，利用生物遺傳特性和操作規(guī)則設(shè)計的一種仿生算法，適合應用于無規(guī)則、大數(shù)據(jù)量、可變性高的場合，，對于數(shù)字演化電路設(shè)計有很多成功案例[19-21]。遺傳算法演化參數(shù)的設(shè)計如表2所示。2.2演化流程設(shè)計在演化過程中，首先確定初始電路的演化模型及編碼方案。圖2為演化的流程圖。本文采取實數(shù)線性可變長基因編碼方案，對3×2數(shù)字電路乘法器進行種群初始化操作。每個元件由3位組成，分別代表元件類型、元件值和元件連接方式，個體最多元件個數(shù)為20，可變長基因編碼可產(chǎn)生更多不同的解，從而擴大電路的尋優(yōu)范圍，體現(xiàn)了種群演化的多樣性，更有利于找到異構(gòu)電路；根據(jù)編碼方案初始化父代染色體電路，初始化種群為10個；對染色體按照一定的比率進行演化算子操作，本實驗按照10%的變異率進行位變異操作，40%的交叉概率進行隨機非對稱單點交叉，50%的選擇概率進行個體遺傳選擇操作。按照解碼方法將染色體轉(zhuǎn)換成電路并對電路進行仿真測試，根據(jù)適應度函數(shù)進行個體適應度計算，并根據(jù)個體適應度值對電路個體進行排序，然后按照一定的保留比例選擇進入下一代繼續(xù)循環(huán)遺傳操作。電路演化是基于標準胚胎電路模型的，如圖3所示。其中，Us是交流電源，R1和R2是胚胎原電阻，V是測試電表。電路編碼采用線性編碼方案，按照電路中電流的順序進行編碼。編碼表現(xiàn)形式為線性染色體，染色體結(jié)構(gòu)如圖4所示。在電路演化過程中，設(shè)定種群電路個體的遺傳基因染色體為n′位，3位1?
【作者單位】： 河北科技大學信息科學與工程學院 軍械工程學院靜電與電磁防護研究所
【基金】：國家重點實驗室基金(9140C870404150C87379) 河北省自然科學基金(F2014208113)~~
【分類號】：TN402

【參考文獻】

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【共引文獻】

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【二級參考文獻】

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本文編號：2546149