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第1章 绪论1

1.1研究背景1

1.2相关概念与基础知识2

1.2.1机电系统2

1.2.2机电控制系统7

1.2.3微机电系统（MEMS）14

1.3机电系统设计方法与建模技术15

1.3.1机电系统设计方法16

1.3.2机电系统建模方法20

1.3.3新兴前沿设计理论与方法23

1.3.4计算机辅助设计软件28

1.4计算设计34

1.4.1进化算法34

1.4.2进化设计35

1.4.3进化设计的发展趋势36

参考文献37

第2章 进化算法40

2.1基于达尔文进化论的进化算法40

2.2遗传算法41

2.2.1历史背景与研究现状41

2.2.2遗传算法的基本结构43

2.2.3遗传算法的数学机理49

2.2.4遗传算法与优化问题57

2.2.5小结59

2.3遗传编程60

2.3.1研究现状与应用领域60

2.3.2遗传编程的基本概念62

2.3.3算法的表示方式与主体流程67

2.3.4小结71

2.4进化策略和进化规划73

2.4.1进化策略73

2.4.2进化规划75

参考文献77

第3章 可持续遗传算法82

3.1基于分等级搜索的可持续遗传算法82

3.1.1标准遗传算法及其缺陷82

3.1.2HFC层次化可持续进化模型83

3.1.3验证实例89

3.2可持续Pareto遗传算法91

3.2.1Pareto最优性概念93

3.2.2SPGA的算法结构93

3.2.3种群多样度维持技术与适应度值辩识算法94

3.2.4实验与结果分析97

3.3基于相对适应策略与自适应学习算子的可持续遗传算法100

3.3.1自适应学习算法及分析101

3.3.2相对适应策略101

3.3.3冗余繁殖算子102

3.3.4SGA流程103

3.3.5实验与分析104

3.3.6小结105

参考文献105

第4章 基于HFC的可持续性遗传编程108

4.1改进标准HFC算法的动机与设计原理108

4.2基于遗传编程的结构参数混合进化算法110

4.3遗传编程结构参数混合优化方法111

4.3.1在进化中拓扑搜索和参数搜索的平衡111

4.3.2适应度共享方法114

4.4基于遗传编程的HFC算法117

4.4.1静态的HFC算法117

4.4.2自适应性输入阈值的HFC算法118

4.4.3自适应性移动结构的HFC算法119

4.5算法实现及实例120

4.5.1SHFC与HFC-ADM算法实现120

4.5.2HFC-ATP算法实现122

4.5.3三种HFC算法实例对比分析123

4.5.4算法源代码128

参考文献136

第5章 基于分等级搜索的可持续模拟退火算法138

5.1模拟退火算法概述138

5.1.1标准的模拟退火算法138

5.1.2并行模拟退火算法140

5.1.3自适应模拟退火算法141

5.1.4混合模拟退火算法142

5.1.5模拟退火算法的发展趋势143

5.2基于HFC模型的可持续模拟退火算法143

5.2.1标准模拟退火算法及其缺陷144

5.2.2改进标准模拟退火算法的基本思路145

5.2.3HFCSA算法实例1148

5.2.4HFCSA算法实例2151

5.3基于遗传编程的HFCSA算法155

5.3.1对比实验155

5.3.2基于GP-HFCSA的滤波器设计158

5.4HFCSA、GP-HFCSA算法实现源代码163

参考文献175

第6章 基于功率键合图的机电系统建模与仿真178

6.1键合图基本理论178

6.1.1键合图常用术语178

6.1.2基本键合图元179

6.1.3键合图的增广182

6.1.4键合图的变换和简化185

6.2系统功率键合图建模187

6.2.1简单电系统建模187

6.2.2简单机械系统建模193

6.3基于键合图的机电系统模块化建模199

6.3.1各子系统键合图模型及数学模型199

6.3.2子系统模型集成207

6.4键合图仿真208

6.4.1键合图仿真软件20-sim的功能和特点208

6.4.2应用20-sim仿真210

参考文献214

第7章 基于键合图和遗传编程的进化设计215

7.1基于键合图的进化设计基本方法215

7.1.1进化种群个体的生成216

7.1.2胚胎键合图的设定216

7.1.3GP函数集拓扑操作算子的设计217

7.1.4设计方案的交叉变异操作220

7.1.5适应度值评价220

7.1.6选择操作221

7.1.7早熟收敛问题221

7.1.8总体设计流程221

7.2进化设计高级方法224

7.2.1进化设计中的表示问题224

7.2.2三种基于键合图的动态系统进化设计方法225

7.2.3基准问题与试验230

参考文献236

第8章 基于Open BEAGLE的GP程序设计238

8.1概述238

8.1.10pen BEAGLE简介238

8.1.20pen BEAGLE C+++命名惯例240

8.2Open BEAGLE的面向对象基础241

8.2.1对象241

8.2.2智能指针242

8.2.3分配算子244

8.2.4数据结构245

8.2.5XML输入/输出247

8.2.6对象的包装248

8.2.7异常249

8.2.8小结249

8.3进化计算EC框架250

8.3.1种群和统计数据250

8.3.2内部体系253

8.3.3算子与进化器254

8.3.4生长树模式256

8.4体系组成元素257

8.4.1评价运算符257

8.4.2终止运算符258

8.4.3标准的Open BEAGLE算子库成员258

8.4.4GP基因型262

8.4.5GP基本操作集合263

8.4.6GP原始库264

8.5Open BEAGLE的应用指南与典型GP程序265

8.5.1概述266

8.5.2创建一个进化系统268

8.5.3运用寄存器269

8.5.4定制进化算法272

8.5.5典型GP程序276

参考文献280

第9章 模拟电路进化设计实例283

9.1问题描述283

9.2Philbrick电路进化设计285

9.2.1RC电路进化设计285

9.2.2对Philbrick电路的再创新288

9.3模拟滤波器进化设计292

9.3.1基本方法292

9.3.2键合图结构292

9.3.3结合键合图和遗传编程293

9.3.4算法设计及对比分析295

9.3.5滤波器进化设计结果298

9.4Dymola7.0软件与电路仿真302

9.4.1Dymola7.0软件302

9.4.2使用与仿真305

参考文献310

第10章 减振器进化设计实例311

10.1概述311

10.2相关工作311

10.3结合键合图和遗传编程的机械减振器312

10.3.1问题定义312

10.3.2使用键合图和遗传编程进化动力系统：GPBG框架314

10.3.3进化减振器316

10.4实验与结果317

10.4.1实验设置318

10.4.2实验结果318

10.5结论320

参考文献320

第11章 微电子机械系统的进化设计323

11.1MEMS设计概述323

11.2MEMS设计的主要研究课题324

11.3基于分等级的MEMS设计方法326

11.4MEMS系统级设计326

11.4.1键合图327

11.4.2键合图设计与遗传编程的组合328

11.4.3滤波器的拓扑结构330

11.4.4函数集实现330

11.4.5胚胎设计334

11.4.6适应度函数334

11.4.7实验设置335

11.4.8实验结果335

11.5物理级设计338

11.5.1优化设计问题简述338

11.5.2运用GA解决最优化问题340

11.6结论342

参考文献343

结束语345

后记346