遗传算法在电路设计中的应用

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遗传算法是一种模拟生物在自然环境中遗传和进化过程自适应的全局优化算法。该算法将种群中生物个体用字符串表示,经过遗传算子的操作和迭代进化,直到满足期望的终止条件,得到问题的最优解为止。受遗传学影响,人们提出了基于遗传生物学的电子电路设计技术,使电子电路能像生物一样,具有对环境变化的自适应、免疫和自我进化等特性。所以遗传算法应用于电子电路设计是电子电路优化设计的发展趋势之一。本文简要介绍了遗传算法和有源滤波器的理论,详细介绍了遗传算法的基本操作步骤、有源滤波器的传递函数和设计方法。将遗传程序设计和遗传算法相结合应用到有源滤波器的优化设计中,提出了改进的树结构表示个体的方法,并对遗传算子进行适当地修改,同时对适应度函数进行合理地选择。改进的算法在优化过程中提高了算法的搜索能力和收敛速度。滤波器的优化设计以三阶有源滤波器为例。目的是优化出一个所需电子元件少,电路效果能够达到要求的电路模型;根据优化出的三阶有源滤波器模型,进一步设计一个特定中心角频率和增益的三阶切比雪夫滤波器。首先以遗传程序设计为基础,利用改进的树结构对三阶有源滤波器结构进行建模,通过改进的遗传算子和对应的适应度评价方式对种群进行遗传操作,优化出三阶有源滤波器模型;其次利用遗传算法对三阶有源滤波器模型的电阻和电容参数进行优化:以二进制编码方式对各个参数进行编码,利用改进的遗传算子,经过交叉、变异、适应度的评价和迭代进化,优化出参数值;最后通过Pspice仿真软件验证优化后的有源滤波器。实验表明,此方法能够得到满意的有源滤波器。
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