Разработка и исследование бионических алгоритмов решения задачи параметрической оптимизации для автоматизации схемотехнического проектирования

• Автор: Стороженко, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.12, 05.13.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ И ПЕРСПЕКТИВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ.

1.1. Постановка задачи параметрической оптимизации РЭС и анализ проблемы ее решения.

1.2. Анализ математических моделей элементов схем.

1.3. Исследование методов анализа схем

1.4. Исследование критериев оптимальности применяемых в задаче параметрической оптимизации.

1.5. Классификация алгоритмов решения задачи параметрической оптимизации схем

1.6. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА ГИБРИДНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

2.1. Стратегия и принципы решения задачи параметрической оптимизации.

2.2. Архитектура гибридного поиска
2.2. Архитектура комбинированного поиска
2.4. Построение усовершенствованных генетических операторов, ориентированных на решение задачи параметрической оптимизации
2.5. Выводы.
3. ПОСТРОЕНИЕ ГИБРИДНОГО И КОМБИНИРОВАННОГО АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ.
3.1. Гибридный алгоритм на основе бионических методов.
3.2. Разработка модифицированного алгоритма .
3.3. Разработка комбинированного алгоритма решения задачи параметрической оптимизации
3.4. Выводы
4. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННЫХ ПОИСКОВЫХ АЛГОРИТМОВ.
4.1. Цель и задачи построения программного комплекса решения задачи параметрической оптимизации схемотехнических решений.
4.2. Описание программной реализации гибридного и комбинированного алгоритмов.
4.3. Результаты проведения вычислительного эксперимента
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, приведены основные научные положения, выносимые на защиту, изложены научная новизна и практическая значимость работы, представлены сведения о реализации, использовании и апробации диссертационной работы. Дано краткое содержание основных разделов диссертации. В первом разделе рассмотрены проблемы и перспективы решения задачи параметрической оптимизации, приведена постановка задачи. Представлен аналитический обзор математических моделей элементов, используемых при проектировании схемотехнических решений. Разработана новая архитектура решения задачи параметрической оптимизации схемотехнических решений. Проведено исследование видов анализа электрических схем, применяемых в САР РЭА, и критериев оптимальности для выявления особенностей поведения целевой функции. Представлен краткий обзор существующих методов решения задачи параметрической оптимизации РЭС и разработана их модифицированная классификация. Получено заключение, что разработка новых гибридных и комбинированных алгоритмов, позволяющих решать проблемы предварительной сходимости и уменьшающих количество обращений к целевой функции, является перспективной. Во втором разделе представлены архитектура, стратегии и принципы решения задачи параметрической оптимизации схемотехнических решений. Предложена архитектура гибридного и комбинированного поиска. Сформулированы глобальная и локальная стратегии решения задач параметрической оптимизации. Разработаны и рассмотрены существующие новые и модифицированные генетические операторы, уменьшающие время работы генетических алгоритмов. В третьем разделе приведены структуры гибридного и комбинированного алгоритмов на основе бионических методов и их составных частей, а также их формальные описания. Разработаны и описаны модификации' алгоритмов Ant Colony и имитации отжига. Проведено описание разработанного гибридного многопопуляционного алгоритма, построенного на основе многопопуляционного генетического алгоритма и модифицированного алгоритма Ant Colony. Разработан и описан комбинированный- алгоритм на основе гибридного многопопуляцпонного алгоритма и модифицированного алгоритма имитации отжига. В четвертом разделе приведены результаты вычислительного эксперимента при анализе разработанных алгоритмов на тестовых примерах. Произведено сравнение разработанных алгоритмов с существующими аналогами решения задач параметрической оптимизации. Обозначена цель и основные задачи построения разработанного программного комплекса «optima» решения задачи- параметрической оптимизации схемотехнических решений и компонентов программы, реализующих предложенные в работе гибридный и комбинированный алгоритмы. В приложении представлены копии актов внедрения и тестовые схемотехнические решения. Процесс проектирования РЭС, по содержанию решаемых задач, можно разбить на четыре основных этапа: системотехническое проектирование, схемотехническое проектирование, техническое проектирование и технологическая подготовка производства. На этапе системотехнического проектирования выбираются и формализуются цели проектирования, описываются исходные данные и определяются принципы построения системы. При этом формируется структура проектируемого объекта его составных частей (функционально завершенных блоков), определяются различные связи между составными частями. В результате формируются частные технические задания на проектирование отдельных составных частей объекта. Этап схемотехнического проектирования заключается в построении принципиальной схемы объекта и его составных частей, выборе элементной базы, проведении структурного и параметрического синтеза построенных схем и параметрической оптимизации. При этом указанные действия производятся с расчетом обеспечения наилучшего функционирования и эффективного производства проектируемого объекта. Результатом схемотехнического проектирования являются разработанные принципиальные схемы объекта проектирования и его частей. Техническое проектирование решает задачи компоновки и размещения элементов и узлов, выполнения печатных и проводных соединении, обеспечение теплоотвода, электрической прочности, защиты от внешних воздействий и т.