Построение фазовых макромоделей

    <привязан к интерфейс файлам:>’C:\inter\face2.int’

    <взять данные из файла>’C:\inter\face2.int’<номер раздела>’16’

    <выдать результаты в файл>’C:\inter\face2.int’<номер раздела>’17’

2.

...........................................................................

...........................................................................

...........................................................................

<2. Математические методы.>

1.’С:\method\okb1.met’

     <привязан к интерфейс файлам:>’C:\inter\face2.int’,’С:\inter\face1.int’

    <взять данные из файла>’C:\inter\face2.int’<номер раздела>’17’

    <выдать результаты в файл>’C:\inter\face1.int’<номер раздела>’18’

 

...........................................................................

...........................................................................

...........................................................................

 

                             и т.д.

                     

Возможность описания нескольких файлов в одном разделе появляется только в пакетном режиме. Данная структура является очень гибкой, но может быть немного громоздкой и сложной. В заключении следует отметить, что за гибкость приходится платить: возрастает трудоемкость отслеживания ошибок.

 

3.2. Структура данных

 

При явном наличии в качестве результатов большого количества чисел, данные можно представить в виде отсортированных в порядке последующего взятия и перечисленных через запятую или другой разделитель чисел, которые являются результатами работы того или иного шага. В связи с этим необходим строгий учет согласования форматов данных для взаимодействующих  между собой модулей.

Что касается электронных справочников (таблиц), то выбор данных из них производит программа, которой они необходимы, и ей необходимо абсолютно точно знать координаты необходимых ячеек.

Некорректную работу на уровне обмена данных предотвратят заранее определенные для всех взаимодействующих программ правила их использования.

3.3. Алгоритм и порядок работы ПМК при описании модели

 

При моделировании эквивалентных схем, работа с комплексом делится на несколько этапов:

1. Ввод основных  необходимых данных (в качестве примера, данные электронного усилителя):

- внешние параметры: сопротивление и емкость нагрузки, напряжения источников питания; 

- внутренние параметры: сопротивления резисторов, емкости  конденсаторов, параметры транзисторов;

- выходные параметры: полоса пропускания, коэффициент  усиления на средних частотах, входное сопротивление.

2. Определение общего вида уравнений модели (структуры модели).

3. Определение численных значений параметров модели. Возможны следующие приемы выполнения этого этапа:

- использование  специфических расчетных соотношений  с учетом собранных на этапе 2 сведений;

- решение экстремальной  задачи, в которой в качестве  целевой функции выбирается степень  совпадения известных значений выходных параметров объекта с результатами использования модели, а управляемыми параметрами являются параметры модели;

- проведение экспериментов  и обработка полученных результатов.

4. Оценка точности полученной модели и определение области ее адекватности.

5. Представление полученной модели в форме, принятой в используемой библиотеке моделей.

           Алгоритм описания модели представлен на рисунке 4.

На каждом этапе проектирования или ввода информации в программном комплексе, должно быть предусмотрено сохранение вводимой информации и ее автосохранение в фоновом режиме, как это реализовано в Microsoft Word. После аварийного перезапуска программы последние сохраненные автоматически данные, должны по желанию пользователя считываться в формы ввода и выбора параметров. По ходу проектирования должны выдаваться подсказки и рекомендации при помощи сервисного модуля. [11]

 

Рисунок 4 - Алгоритм описания модели

 

 
Рисунок 4 а - Алгоритм работы комплекса при проектировании модели

 

Рисунок 4 б - Алгоритм работы комплекса при проектировании моделей

Учитывая алгоритмы используемые при проектировании моделей, разработаем схему взаимодействия модулей программно-методического комплекса. Она должна соответствовать требованиям модульности структуры программно-методического комплекса. Схема взаимодействия представлена на рисунке 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5. Схема взаимодействия модулей ПМК

Такая схема взаимодействия должна позволить организовать работу программно-методического комплекса, согласно требованиям к программному обеспечению.

4. Выбор и обоснование математического обеспечения.

 

На этом шаге приступим к расчету трудоемкости вышеописанных методов. Под трудоемкостью математического метода будем иметь ввиду количество мультипликативных операций необходимых для получения решения с помощью данного метода.

4.1. Оценка трудоемкости при использовании численного метода

 

                                                                                                                                          

                                                                   

 

                                                                                                                                                                                 

                          

    

 

 

   w1«С1                   wN «СN

 

где N-число точек по частоте, CN-система уравнений, соответствующая N-й точке.

 CN имеет вид:

 

, (30)

Оценим трудоемкость с учетом того, что число узлов n<=500:

 

n2=5002- на выполнение операций умножения.

 

1/3*n3=1/3*5003- для плотной системы.

 

4/3*n3=4/3*5003- для комплексного случая.

 

3/2*n2=3/2*5002- для определения вектора решения.

 

4*3/2*n2=4*3/2*5002- для определения вектора решения при комплексном случае.

 

Подведем итог:

 

Тобщ.@42млн.230тыс. операций.

 

Тобщ.компл.@167млн.750тыс. операций.

 

4.2. Оценка трудоемкости при использовании

численно-аналитического метода.

 

Здесь задача разбивается на 2 этапа:

1. Имеем дробь вида:

 

, (31)

В первую очередь необходимо вычислить следующие коэффициенты:

K;z1...zn;p1..pm.

2. Задав точки по частоте и приняв p=jw, вычисляют трудоемкость вычисления дроби.

 

Т1=k*n4- трудоемкость вычисления числителя , (32)

 

T2=k*n4- трудоемкость вычисления знаменателя , (33)

Тобщ.=2*k*n4

 

Подведем итог:

 

Тобщ.@1250*k*108   операций , (34)

 

Вывод: 2-й метод прост, но требует громадной трудоемкости по сравнению с первым. В связи с этим, более эффективным решением будет выбрать первый. Кроме того, при использовании разреженных матриц и соответственно, специальных алгоритмов для их обработки, трудоемкость значительно снизится.[10]

Также следует обратить особое внимание на область частот, в которой работает исследуемая схема, т.к. при очень высоком порядке частоты, значения сопротивления резистивных элементов, например, не будут играть вообще ни какой роли на фоне остальных.

 

Заключение

 

Целью данного курсового проекта был анализ основных методов машинного моделирования больших эквивалентных электрических схем и разработка программно-методического комплекса для построения фазовых макромоделей.

В работе рассмотрены и проанализированы методы макромоделирования. Была разработана структура программно-методического комплекса, по которой затем был разработан комплекс для построения фазовых макромоделей.

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Автоматизация схемотехнического проектирования/ В.Н. Ильин, В.Т. Фролкин, А.И. Бутко и др.; Под ред. В.Н. Ильина. – М.: Радио и связь, 1987.
2. Баталов Б.В., Егоров Ю.Б., Русаков С.Г. Основы математического моделирования больших интегральных схем на ЭВМ. – М.: Радио и связь,1982.
3. Терешин М.А. Оптимизация в частотной области с приведением схемы к эквивалентному многополюснику // Изв. ВУЗов МВ и ССО СССР, Радиоэлектроника, т. 29, №7, 1986
4. Пухов Г.Е. Дифференциальные преобразования функций и уравнений.- Киев: Наукова думка, 1984

5. Борисов Н.И..Шрамков И.Г. Анализ и оптимизация эквивалентных электрических схем на основе макромоделирования // Сборник аннотир. отчетов по НИР, выполненных в МИЭМ в 1992 г. - М.: Изд-е МИЭМ, 1992

6. Михайлов В.Б. Опыт практической реализации и тестирования ряда алгоритмов анализа устойчивости, чувствительности и динамики радиотехнических систем II Теоретические и прикладные вопросы разработки, внедрения и эксплуатации САПР РЭА : Тез. докл. Всесоюз. конф.- М.: Изд-е МАИ, 1986

7. Вавилов А.А. Частотные методы расчета нелинейных систем.-Л.: Энергия,1970

8. Машинная оптимизация электронных узлов РЭА / А.ГЛарин, Д.И.Томашевский, Ю.М.Шумков, В.М.Эйдельнант - М.: Сов. радио, 1978

9. Борисов Н.И., Кожевников А.М., Шрамков И.Г. Автоматизация проектирования вибронадежных конструкций РЭА с использованием макромоделирования на ПЭВМ // Информатика, сер. Автоматизация проектирования, вып. 2, 1990

10. Михайлов В.Б. Численно-аналитические методы моделирования аналоговых радиоэлектронных схем на ЭВМ. Автореферат дис. доктора физ.-мат. наук. - Л.,1993

11. Библиотека алгоритмов 1516 - 2006. Справочное пособие / Под ред. М.И. Агеева. - М.: Радио и связь, Вып.4, 1984

12. Шрамков И.Г. Макромоделирование в задачах оптимизации линейных цепей РЭА // Автоматизация проектирования машин и технологий. - Воронеж: Изд-е Воронеж, политехи, ин-та, 1985

13. Маничев В.Б., Норенков И.П., Хартов В.Я. Макромодели функциональных узлов цифровых устройств. - В кн.: Машинные методы проектирования электронных схем / МДНТП. - М.: 1975

14. Петренко А.И., Тимченко А.П., Слюсар П.Б. Макромодели цифровых ИС для пакетов программ схемотехнического проектирования II Электронное моделирование, т. 6, №2, 1984

15. Сигорский В.П. Методы анализа электронных схем с многополюсными элементами. - Киев: АН УССР, 1958

16. Зелях Э.В. Основы общей теории линейных электрических схем. -М.: Изд-во АН СССР, 1951