模拟电路可靠性优化设计的虚拟实验开发

摘要

本文分析总结了有关可靠性以及冗余优化的基本理论和实现技术等方面的研究成果。研究了电路系统可靠度、冗余度优化设计问题。开发了粒子群算法在模拟电路系统可靠度分析与优化中的应用技术。给出了串一并联系统和复杂系统的元件可靠度和冗余度的最优分配设计。主要内容包括：
　　 1.总结分析了电子电路系统可靠性仿真技术，分析了系统可靠性的模型和求解技术。结果说明：(1)基于虚拟实验的仿真技术可以模拟系统和元器件的失效；(2)增加系统或器件的冗余是提高系统可靠度的主要手段；(3)基于可靠度的系统设计，即利用优化手段设计元器件或子系统的可靠度和冗余数，是提高系统可靠度的重要设计方法。
　　 2.研究了粒子群算法的基本理论，认识到全局搜索能力与局部搜索能力的平衡关系对于算法的成功起着至关重要的作用。针对电路系统可靠度优化问题的特殊性质和要求，注意到本文的最优解是在整数空间，PSO算法的速度和位置搜索是在实数空间，要将目标函数和约束条件适当的处理才能解决元器件或子系统可靠度(连续取值)和冗余数(整数，离散值)优化分配这类混合变量的优化问题。
　　 3.开发了虚拟实验系统将可靠度概念、可靠度分析和优化技术应用到系统设计，建立了基于可靠度的系统优化设计与综合问题的数学提法，同时设计系统的元器件和子系统的可靠度、冗余数或失效冗余度，使系统可靠度最高或成本最低。将粒子群算法应用于系统可靠度设计，研究了基于粒子群算法的系统可靠度和冗余数最优分配问题的优化算法。对简单串并联系统在造价和一定可靠性要求约束下的器件选型和器件的冗余个数进行了优化，所得结果与传统方法的结果进行对比分析，说明粒子群算法对该类问题是有效的。给出了复杂系统的可靠度和冗余数的并发优化设计结果。