Структурно-параметрический синтез широкополосных согласующе-корректирующих цепей СВЧ устройств на основе морфологического и-или дерева и генетического алгоритма

• Автор: Дорофеев, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 235 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА СОГЛАСУЮЩЕ-КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ

1.1. Структурно-параметрический синтез СКЦ СВЧ РЭУ

1.1.1. Уровни синтеза технических объектов М1-М4

1.1.2. Постановка задачи синтеза СКЦ

1.2. Методы и программное обеспечение для синтеза СКЦ СВЧ РЭУ

1.2.1. Обзор методов синтеза СКЦ

1.2.2. Обзор программного обеспечения для синтеза СКЦ

1.3. Процедура итерационной оптимизации для решения задачи синтеза
1.4. Выделение параметров объекта
1.5. Оценка проектных решений
1.6. Генетические алгоритмы
1.6.1. Использование ГА для синтеза технических объектов
1.6.2. Использование ГА для синтеза цифровых и аналоговых РЭУ
1.6.3. Синтез СКЦ на основе ГА
1.7. Морфологический подход к структурно-парамегрическому синтезу
1.7.1. Морфологический подход к синтезу РЭУ
1.7.2. Классификация методов морфологического синтеза
1.8. Выводы и задачи для исследования
2. СТРУКТУРНО-ПРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СОГЛАСУЮЩЕ-
КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ НА ОСНОВЕ МОРФОЛОГИЧЕСКОГО И-ИЛИ ДЕРЕВА И ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА
2.1. Уровни синтеза М1-М4 для задачи проектирования РЭУ на основе И-ИЛИ деревьев и ГА
2.2. Морфологический анализ СКЦ и их представление в виде набора кодирующих параметров
2.2.1. Разработка морфологической модели СКЦ

2.2.2. Формирование вектора кодирующих параметров по морфологическому И-ИЛИ дереву
2.3. Получение объектных моделей РЭУ из морфологических И-ИЛИ деревьев
2.4. Динамическое математическое моделирование РЭУ на основе его объектной модели
2.4.1. Математические модели компонентов СКЦ
2.4.2. Описание процесса моделирования
2.5. Оценка проектных решений
2.5.1. Задание исходных данных и требований при синтезе широкополосных СКЦ
2.5.2. Формирование ЦФ
2.6. Выбор параметров и операторов ГА
2.7. Учет особенностей предметной области с помощью применения эвристических правил
2.7.1. Правило запрета дублирующихся звеньев лестничной цепи
2.7.2. Правило фиксирования количества элементов лестничной цепи
2.7.3. Нишевая селекция РЭУ
2.8. Общая схема структурно-параметрического синтеза широкополосных СКЦ
2.9. Исследования эффективности эвристических правил и динамического подхода к математическому моделированию
2.9.1. Решение задачи с использованием всех эвристических правил
2.9.2. Правило запрета дублирующихся звеньев лестничной цепи
2.9.3. Правило фиксирования количества элементов лестничной цепи
2.9.4. Нишевая селекция РЭУ
2.9.5. Скорость математического моделирования СВЧ РЭУ
2.10. Выводы
3. МОДУЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СИНТЕЗА СОГЛАСУЮЩЕ-КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ «INDESYS-MATCH» В СИСТЕМЕ «INDESYS»
3.1. Описание процесса разработки программных продуктов INDESYS и INDESYS-МАТСН
3.1.1. Этапы разработки
3.1.2. Выбор инструментальных средств

3.2. Программная система INDESYS
3.2.1. Система INDESYS как платформа для создания прикладных модулей в
области СВЧ РЭУ
3.2.2. Определение требований
3.2.3. Архитектура системы
3.2.4. Структура расчетного ядра
3.2.5. Пользовательский интерфейс
3.2.6. Структура пользовательского интерфейса
3.2.7. Выходные данные
3.3. Модуль синтеза широкополосных согласующе-корректирующих цепей
1NDESYS-MATCH
3.3.1. Определение требований
3.3.2. Структурная схема реализации модуля INDESYS-MATCH на основе
INDESYS
3.3.3. Исходные данные
3.3.4. Пример синтеза двухполосного фильтра с использованием INDESYS-
MATCH
3.4. Тестирование INDESYS и INDESYS-MATCH и направления дальнейшего
развития
3.4.1. Тестирование
3.4.2. Возможные пути развития
3.5. Выводы
4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ СИНТЕЗА СОГЛАСУЮЩЕ-КОРРЕКТИРУЮЩИХ
ЦЕПЕЙ СВЧ РЭУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО МОДУЛЯ
«INDESYS-MATCH»
4.1. Классическая задача Фано
4.2. Синтез трехэлементной реактивной цепи для согласования /N-нагрузки с
резистивным сопротивлением генератора
4.3. Синтез трансформатора импедансов
4.4. Синтез межкаскадной СКЦ транзисторного СВЧ усилителя
4.5. Синтез двухполосного фильтра
4.6. Проектирование трехкаскадного малошумящего СВЧ усилителя

объекта или некоторая функция-свертка нескольких характеристик. В любом случае критерий оценки представляет собой некоторую функцию S (X), называемую целевой функцией (ЦФ). Тогда задача оптимального синтеза состоит в нахождении вектора Х0 6 £>х, обеспечивающего максимальное значение ЦФ:
ко = argmaxS(X). (1Л5)
Формулировка задачи в виде (1.15) не всегда приводит к удовлетворительному решению. Сложность задачи оптимизации заключается в том, что реальные объекты, как правило, характеризуются комплексом свойств-критериев, ставится задача одновременно оптимизировать несколько критериев. Критерии же часто взаимно противоречивы, то есть улучшение одного из критериев приводит к ухудшению другого. Единственная «оптимальная» точка области DK, полученная в результате оптимизации S'(x), и даже некоторое множество «наилучших» точек необязательно будут удачными решениями практической задачи проектирования. Такая ситуация приводит к понятию эффективных (Парето-оптимальных, недоминируемых) решений.
При решении многокритериальных задач часто недостаточно получения одного оптимального решения, необходимо найти множество решений [122, 181 и др.]: «Для создания конкурентоспособных образцов необходима интеграция математических моделей с такими поисковыми методами исследования, которые бы давали возможность предоставить конструктору для принятия окончательного решения целое множество альтернативных технических решений, неулучшаемых по всей совокупности показателей эффективности («принцип Парето»)» [151].
Для получения численных оценок качества решения используют следующие величины. Расстояния от текущего значения функции Y(/[) до границ этой области Y~(fi) и Е+(/;) называются ненормированными запасами работоспособности «снизу»
(1.16) и «сверху» (1.17) [98, 158]:
= Y{f{) - Y~(fi), (1.16)
Z+= Y+(fi)-Y(fi). (i.i7)
Очевидно, запасы работоспособности Z~ и Z+ неотрицательны, если неравенства
(1.16) и (1.17) выполняются. Чем больше запас работоспособности, тем лучше удовлетворяется соответствующее требование, описываемое неравенством.
В случае двухсторонних неравенств могут быть использованы также нормированные запасы работоспособности (1.18), (1.19) [98, 158]:
Yifd-Y-jfd 1 Z+(fi) ~ Y~(fi)’