Optimization methodology for the width of the fixed-point decimal multiplier

With the progress of design and fabrication in the semiconductor area, the chip scale and complexity are raised rapidly, and low-power design becomes a very important topic. This paper presents a low-power optimization methodology for the width of the fixed-point decimal multiplier, describes its principle and implementation, and verifies its optimization result by the FPGA test. On the methodological level, its optimization object is the width of the adders, which are inside the synthesized multiplier. On the circuit level, it resolves the problem of introducing the logic in the optimized system, which exists in the present low power design. The methodology has good performance in optimizing the system including large-scale multipliers, such as DSP, digital filter, etc.     

协作通信网络中基于Lagrange算法的中继选择和功率优化方案

协作通信技术可以有效获取空间分集,并进一步改善系统的性能。为最小化多中继解码转发(decode-and-forward,DF)协作通信系统的总功率,同时满足系统要求的数据传输速率,提出了一种基于Lagrange算法的中继选择和功率分配的联合优化方案。首先根据信源与中继的瞬时信道状态信息(channel state information, CSI)使信源的发送功率最小化,然后选择出最大的可解码中继集合,再利用Lagrange算法对中继功率进行优化,根据得到的信源和中继的功率分配,选择出最佳中继集合,达到最小化系统总功率的目的。仿真结果表明,相对于直传方案和机会中继(opportunistic relay selection, ORS)方案,本研究中总功率消耗明显减少。     

基于模块化技术的最佳ULG.2的QCA电路设计

为了减少纳米器件量子细胞自动机(QCA)电路的线交叉数和电路综合时采用的门电路类型,在介绍QCA细胞结构、逻辑器件、模块化设计技术以及最佳通用逻辑门ULG.2的基础上,提出基于模块化技术的最佳通用逻辑门ULG.2的QCA电路实现方案.利用最佳QCA通用逻辑门ULG.2设计了全加/减器、全比较器和4选1数据选择器.所设计的QCA电路均用QCADesigner软件进行模拟,结果表明：该电路不仅具有正确的逻辑功能,而且某些性能得到了很大的改善.特别地对于4选1数据选择器,与已有的多数门和反相器直接设计的电路相比,细胞数、QCA线交叉数分别减少了31.8%和62.5%.     

基于火积耗散原理的热网加热器优化设计与分析

为使热网加热器具有最优的换热性能,基于粒子群优化算法,以火积耗散数为目标函数,提出热网加热器优化设计的最小火积耗散优化方法.与传统的热网加热器设计计算不同,本文的优化设计不预先设定热网加热器的结构,通过优化确定热网加热器的最佳尺寸,同时,热网加热器优化设计考虑了工质的相变,以潜热修正值对壳侧蒸汽凝结的对流换热系数进行修正.对一热网加热器优化设计结果表明,通过优化设计,热网加热器的效能增加7.8%,同时热网加热器功率消耗下降19.6%,表明当热网加热器的热力性能最优时,其功耗达最小值.     

液黏调速离合器油槽结构参数优化设计

为了减小液黏调速离合器的带排转矩,降低摩擦副的空载功率损失,以双圆弧油槽摩擦副为研究对象,建立基于计算流体动力学流场数值分析、实验设计方法、响应曲面法及数值优化算法为一体的液黏调速离合器摩擦副集成优化设计平台.分析液黏调速离合器摩擦副油槽参数对带排转矩的影响,对结构参数进行优化设计.结果表明：随着油槽宽度和油槽深度的增大,液黏调速离合器转矩均呈现下降的趋势,但是随着油槽数目的增多,液黏调速离合器转矩呈现单调上升的趋势.优化后,减小了液黏调速离合器的带排转矩,提高了发动机的实际输出功率.     

双功能雷达通信系统的多用户功率分配算法

为解决传统多用户双功能雷达通信系统因载波分配导致通信性能较差的问题,提高双功能雷达通信系统的资源利用率,提出了一种通信用户载波共享模型下的多用户功率分配方案,并通过构造合理的资源分配问题使得系统具有更优的通信性能。首先,建立双功能雷达通信系统的通信用户载波共享信号模型。其次,为保证双功能雷达通信系统性能,构造了以系统通信和速率最大并满足雷达信噪比下界、总功率和用户功率约束的优化问题,通过理论分析严格证明了优化问题的可行性。最后,为求解凸优化问题,提出一种多用户功率分配算法,通过引入辅助变量对目标函数进行二次转换,将其分解为两个优化子问题,继而通过交替迭代的方式进行求解。研究结果表明,相较于传统通信用户载波分配模型,优化后的通信用户载波共享模型通信和速率提高了约40%,从而验证了所提方案具有更优的通信性能,有效提高了系统资源利用率。本研究成果为提高多用户双功能雷达通信系统的通信性能提供了一种新思路和手段。     

一种高性能快速傅里叶变换的硬件设计

针对现有架构中复数乘法器普遍存在关键路径较长且硬件效率低下的问题,设计了一种高性能单路延时反馈结构的基2²快速傅里叶变换．利用旋转因子乘法中一个乘数为常数的特点,提出用常数乘法器替代传统复数乘法器的方法来实现旋转因子乘法．另外,还提出了一种新型常数乘法器设计方法即系数放大法,通过将旋转因子常系数放大的方法使相应常数乘法器所需的加法器数量减少到最低,减小了硬件资源消耗的同时也进一步缩短了关键路径,提高了硬件效率．文中设计的16点快速傅里叶变换在0.18μm工艺下的最大时钟频率可达710MHz,面积约为0.12mm²; 对比其他构架,在Xilinx Virtex-4上所需slice数量减少8％,单位面积吞吐率约提高了1倍; 在Xilinx Virtex-5上所需LUT数量减少44％,单位面积吞吐率约提高了1倍．     

电动汽车动力电池仓拓扑优化

提出基于拓扑优化的动力电池仓结构设计方法。在拓扑优化建模中,采用基于SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法。对某型电动汽车动力电池仓进行拓扑优化设计中考虑结构可制造性等因素,构建了优化型的电池仓结构模型;利用有限元技术对新型结构与传统结构进行对比分析,保证结构方案的可靠性。通过控制最小尺寸和网格尺寸可以有效避免拓扑优化中数值不稳定现象的出现;在满足强度要求的前提下,能够实现的新结构质量较传统型的质量有较大幅度的减少,且应力分布更加均匀,有效实现等强度结构设计。     

混合动力客车动力系统参数匹配与仿真优化

针对目前混合动力城市客车所具有的优势,本文以某款城市客车为例,在3种混合动力驱动形式的基础上,确定了本车串联混合动力的驱动形式;并对动力系统各部件参数进行了匹配设计,同时利用ADVISOR软件及其自动尺寸设计功能进行优化仿真。仿真结果表明,优化后的参数,虽电池组数目相差不大,但发动机、发电机和电动机的功率均有所减小,从而使3个部件的尺寸、质量和体积都有所减小,因此,整车的总质量也将随之减小,整车的经济性比参数优化前好。该研究满足了混合动力城市客车对动力性能的要求,达到了参数优化的目的。该研究为发展混合动力客车提供了理论依据。     

联合Wilson方法与遗传算法的水平轴风力机叶片优化设计

考虑到风力机叶片设计中的Wilson方法的有效性,以及遗传算法的全局最优性,以Wilson优化方法所得到的扭角线性修正值作为遗传算法优化过程中的输入量,对叶片弦长重新搜索寻优。通过比较Wilson优化方法、遗传算法优化方法和联合优化设计方法,分别得到叶片的气动外形数据和气动性能的计算结果。结果验证了联合优化设计方法的优越性,比单独使用Wilson方法或遗传算法所得到的叶片优化结果更好。     

用于FPGA IP保护的低成本高性能PUF设计

随着现场可编程门阵列在电子系统设计中的广泛应用,人们越来越重视基于现场可编程门阵列的知识产权保护问题．但在实际应用中,在现场可编程门阵列上实现环形振荡器型物理不可克隆函数还面临着诸多挑战,如环形振荡器型物理不可克隆函数电路的面积消耗很大; 有限的逻辑资源使得激励响应对数量有限,限制了该知识产权保护方法的应用范围．为了解决这些问题,首先提出了一种逻辑混合技术．该技术把物理不可克隆函数逻辑和正常电路逻辑在现场可编程门阵列实现中混合起来,以减少物理不可克隆函数的电路面积消耗．其次,采用了一种后处理方法,极大地增加了所设计环形振荡器型物理不可克隆函数的激励响应对数量．实验结果显示,文中设计的物理不可克隆函数的性能优异,可靠性、随机性和独特性分别为99.97％、50.37％、49.83％．同时,消耗的硬件资源比其他同等性能的物理不可克隆函数少了45％．     

基于mMIMO的MEC安全节能资源分配方法

移动边缘计算（MEC）系统在恶意用户干扰攻击和窃听的双重威胁下,会带来上行卸载受阻、用户信息泄露、系统能源利用率低等问题.对此,利用物理层安全技术防止窃听,并利用大规模多输入多输出（mMIMO）技术来减少干扰及用户能耗.此外,在时延受限的条件下,通过联合优化用户的卸载决策、发射功率以及卸载速率,实现用户总能耗最小化.针对此非凸的多目标优化问题,首先利用拉格朗日乘数法得到用户卸载数据量的闭合表达式,然后利用迭代算法得到用户最优的发射功率以及最大卸载速率.仿真结果表明,所提出的mMIMO-MEC安全卸载方案在解决干扰和窃听等安全问题的同时,有效地降低了系统的总能耗.     

基于导重法的叉车门架轻量化设计

针对大型复杂机械设计余量过大的现象,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法对某型号内燃叉车的门架结构进行全局轻量化设计. 推导强度、刚度等多性态约束条件,搭建导重法单目标、多性态约束优化模型,利用Lamker算法求解Kuhn-Tucker乘子;灵敏度计算采用带有经典误差修正项的半解析法（ESA）,引入单元误差修正项,消除刚体转动位移带来的误差;结合导重法,解决了容重和导重难以求解的问题. 利用有限元法,对优化后的门架结构进行强度和刚度校核. 结果表明,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法效果显著,使得叉车门架质量降低18.21%,优化后的门架强度和刚度满足设计要求.     

基于D2D的C-V2V车载协作通信资源分配算法

针对基于设备到设备(device-to-device, D2D)的蜂窝网络下车载无线通信技术(cellular-vehicle to everything, C-V2X)中复用蜂窝用户资源带来的能效问题,提出了一种能效优化算法。通过新的功率控制方法最大化车载用户(vehicle user, V-UE)总能效,并利用能量收集技术提高V-UE能效。该算法采用拉格朗日乘数法减少约束条件数目,利用改进的Dinkelbach方法将原问题转换为等效减式优化问题,并求出V-UE功率控制范围。数值仿真结果表明,该算法能够在V-UE用户之间的不同距离内获得最优能效。     

基于阻抗匹配的小型风电系统功率输出优化方法

为解决现有小型风力发电系统风能利用率偏低的问题,提出一种新型的基于阻抗匹配的系统功率输出优化方法。通过建立和分析小型风力发电系统数学模型,指出在发电机与整流器间串联阻抗后风电系统稳定运行点会发生变化,若阻抗参数设置合理则可提高系统的功率输出;基于该原理,采用粒子群优化算法,结合风速以及蓄电池电压的概率分布情况,以发电机一段时间内输出能量最大为优化目标,确定阻抗参数。仿真结果表明,选择合适的电抗器参数可以有效提高风力发电机能量输出,优化后平均输出功率增加了约21％。     

重要辅机温度保护的优化措施

针对大型火力发电机组重要辅机温度保护容易误动和拒动的问题,从检修工艺、设备防护、设计思路、逻辑优化4个方面对温度保护进行优化,以保证重要辅机的长周期运行.     

Differences and relations of objectives,constraints, and decision parameters in the optimization of individual heat exchangers and thermal systems

Performance improvement of heat exchangers and the corresponding thermal systems benefits energy conservation, which is a multi-parameters, multi-objectives and multi-levels optimization problem. However, the optimized results of heat exchangers with improper decision parameters or objectives do not contribute and even against thermal system performance improvement. After deducing the inherent overall relations between the decision parameters and designing requirements for a typical heat exchanger network and by applying the Lagrange multiplier method, several different optimization equation sets are derived, the solutions of which offer the optimal decision parameters corresponding to different specific optimization objectives, respectively. Comparison of the optimized results clarifies that it should take the whole system, rather than individual heat exchangers, into account to optimize the fluid heat capacity rates and the heat transfer areas to minimize the total heat transfer area, the total heat capacity rate or the total entropy generation rate, while increasing the heat transfer coefficients of individual heat exchangers with different given heat capacity rates benefits the system performance. Besides, different objectives result in different optimization results due to their different intentions, and thus the optimization objectives should be chosen reasonably based on practical applications, where the inherent overall physical constraints of decision parameters are necessary and essential to be built in advance.     

某区域电网智能无功优化系统设计

某区域电网负荷逐年快速增长,出现主变总容量不足、无功补偿设备技术落后、补偿效果不好等问题,这些问题集中表现在电压质量降低上,故对此区域电网进行智能无功优化系统设计.通过合理配置底层无功补偿设备,并建立无功补偿设备的上位优化控制系统,实现了对该区域电网的智能无功优化控制.     

Design of area and power efficient Radix-4 DIT FFT butterfly unit using floating point fused arithmetic

In this work, power efficient butterfly unit based FFT architecture is presented. The butterfly unit is designed using floating-point fused arithmetic units. The fused arithmetic units include two-term dot product unit and add-subtract unit. In these arithmetic units, operations are performed over complex data values. A modified fused floating-point two-term dot product and an enhanced model for the Radix-4 FFT butterfly unit are proposed. The modified fused two-term dot product is designed using Radix-16 booth multiplier. Radix-16 booth multiplier will reduce the switching activities compared to Radix-8 booth multiplier in existing system and also will reduce the area required. The proposed architecture is implemented efficiently for Radix-4 decimation in time(DIT) FFT butterfly with the two floating-point fused arithmetic units. The proposed enhanced architecture is synthesized, implemented, placed and routed on a FPGA device using Xilinx ISE tool. It is observed that the Radix-4 DIT fused floating-point FFT butterfly requires 50.17% less space and 12.16% reduced power compared to the existing methods and the proposed enhanced model requires 49.82% less space on the FPGA device compared to the proposed design. Also, reduced power consumption is addressed by utilizing the reusability technique, which results in 11.42% of power reduction of the enhanced model compared to the proposed design.     

考虑环境温度变工况的分液冷凝有机朗肯循环系统优化设计

有机朗肯循环是最具潜力的低品位热-功转换技术之一,设计工况的选择和考虑变工况的系统设计和运行方法对降低系统全年发电成本或提高系统年均发电效率有重要意义.本文建立了余热驱动有机朗肯循环系统设备结构参数和系统运行参数同步优化模型并提出了求解策略;考虑到环境温度随季节变化的特性,选取4个环境温度作为设计工况,分别得到了4个设计工况下最优设计方案,基于4个设计结构优化全年运行方案,并比较不同系统配置下全年变工况的综合性能.研究结果表明：同时优化系统参数及设备结构参数对提高系统性能至关重要;环境设计温度不同,设计的最优结构和运行方案不同,可根据多个变工况环境温度对系统进行优化设计,优化全年运行方案.