Comparación de técnicas metaheurísticas para el diseño automático de circuitos eléctricos

Abstract

Resumen: En este trabajo de investigación se exploran algoritmos que permitan automatizar la tarea de diseño de circuitos eléctricos, específicamente se propone la implementación de un algoritmo genético y de colonia de hormigas. Adicionalmente, se proponen dos mecanismos de generación de soluciones iniciales, los cuales se utilizaron en ambos algoritmos para comprobar que tanto influye el mecanismo en el rendimiento de los algoritmos. Los algoritmos se pusieron a prueba para generar filtros analógicos pasivos, considerando que diseñarán filtros pasa bajas, pasa altas, pasa bandas y rechaza banda. Los mecanismos de generación propuestos también están diseñados para construir este tipo de circuitos, sin embargo, (así como los algoritmos) pueden adaptarse para generar otro tipo de circuitos e implementarse para generar soluciones iniciales para otro tipo de algoritmos. Los algoritmos se compraron con cada uno de los mecanismos de generación, para finalmente compararlos con el mecanismo de generación al que mejor se adaptaron. Principalmente se observó que los mecanismos influyen en tiempo de ejecución y en la orden de los filtros generados. Así mismo, se desarrolló una aplicación para visualizar los resultados los algoritmos, está muestra un gráfico de voltaje contra frecuencia del voltaje de salida esperado y el del filtro generado, junto con el diagrama eléctrico del circuito generado. En donde el circuito generado es la mejor solución dada por el algoritmo ejecutado.

Abstract: This research explores algorithms that enable the automation of electrical circuit design tasks, specifically proposing the implementation of a genetic algorithm and an ant colony algorithm. Additionally, two initial solution generation mechanisms are suggested, which were used in both algorithms to verify how much the mechanism influences algorithm performance. The algorithms were evaluated to generate passive analog filters, considering the design of lowpass, high-pass, band-pass, and band-reject filters. The proposed generation mechanisms are also designed to construct this type of circuit; however, (like the algorithms), they can be adapted to generate other types of circuits and implemented to generate initial solutions for other types of algorithms. The algorithms were compared with each of the generation mechanisms and finally compared with the generation mechanism to which they best adapted. It was primarily observed that the mechanisms influence execution time and the order of the generated filters. Furthermore, an application was developed to visualize the algorithm results, which displays a voltage versus frequency graph of the expected output voltage and that of the generated filter, along with the electrical diagram of the generated circuit. The generated circuit represents the best solution provided by the executed algorithm.