基于FPTA的在线进化实验研究

论文摘要

进化硬件是指能够根据外部环境变化自动改变自身结构的硬件电路,它将进化算法与可重构硬件相结合,具有自组织、自适应和自修复的特性。在航空航天领域具有重大应用价值。本文介绍了模拟型进化硬件的概念、基本思想、进化原理和实现过程。研究了基于FPTA的模拟进化电路的在线进化。利用VB编程实现进化控制程序,其中进化算法采用Hereboy算法,通过调用PSpice软件实现电路的进化仿真,改进了人机交互界面。基于不加反馈电阻和加反馈电阻的FPTA2分别进化了放大器电路,对比两种进化结果,加上反馈电阻,虽然进化时间较长,但进化结果比不加反馈电阻要好,适应度函数值增加较快。在仿真的基础上,针对不加反馈电阻和加反馈电阻的FPTA2,以单片机为核心设计了两种FPTA2的配置电路。PC机、配置电路、FPTA2和数据采集卡组成了进化硬件的硬件平台。在搭建的硬件平台上验证了基于FPTA2的模拟型进化硬件进化技术的可行性,进化了放大器电路,实现了在线进化,进化结果与仿真结果基本一致。实验结果表明所搭建的硬件平台能进化得到指定功能的模拟电路,两种配置电路设计都是可行的,系统进化方法正确。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 进化硬件的概念及特点
• 1.2 进化硬件的研究意义、研究历史和发展前景
• 1.2.1 进化硬件的应用领域及研究意义
• 1.2.2 进化硬件的研究历史、研究现状
• 1.2.3 进化硬件的发展前景
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 进化芯片及进化平台
• 2.1 基于细胞阵列进化芯片的介绍
• 2.1.1 JPL 实验室的FPTA 芯片结构
• 2.1.2 Heidelberg 大学的FPTA 芯片结构
• 2.2 模拟型进化硬件进化平台
• 2.2.1 JPL 实验室的进化平台
• 2.2.2 Heidelberg 大学的进化系统
• 2.3 本章小结
• 第三章 进化算法及外部进化
• 3.1 进化算法的原理及特点
• 3.2 HereBoy 算法
• 3.3 模拟型进化硬件的进化方案
• 3.3.1 FPTA2 的编码
• 3.3.2 FPTA2 建模和染色体下载
• 3.4 VB 主程序
• 3.4.1 控制面板改进
• 3.4.2 VB 调用PSpise 程序
• 3.5 进化实例
• 3.5.1 不加反馈电阻的FPTA2 进化放大器电路
• 3.5.2 加反馈电阻的FPTA2 进化放大器电路
• 3.5.3 适应度分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 不加反馈电阻的FPTA2 硬件进化平台及在线进化
• 4.1 硬件电路设计方案
• 4.2 器件选择
• 4.2.1 FPTA2 器件选择
• 4.2.2 配置电路器件选择
• 4.3 硬件电路图及说明
• 4.3.1 串口通信接口设计
• 4.3.2 不加反馈电阻的FPTA2 配置电路设计
• 4.3.3 进化系统
• 4.4 硬件进化系统的软件设计
• 4.4.1 单片机程序
• 4.4.2 系统主程序
• 4.5 实验结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 加反馈电阻的FPTA2 硬件进化平台及在线进化
• 5.1 硬件电路设计方案
• 5.2 配置电路器件的选择
• 5.3 硬件电路图及说明
• 5.3.1 配置电路设计
• 5.3.2 进化系统
• 5.4 硬件进化系统软件设计
• 5.4.1 配置电路部分
• 5.4.2 系统主程序
• 5.5 实验结果及分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 课题研究总结
• 6.1 课题研究要点与成果
• 6.2 进一步研究设想
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文