Методы оптимального проектирования бортовых радиоэлектронных средств на основе моделирования их электрических, тепловых и механических режимов

• Автор: Кожевников, Анатолий Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 274 с. : ил.

Введение.

1. Современное состояние проблемы и постановка задач разработки

1.1. Исследование особенностей бортовых РЭС и требования к обеспечению их надежности.
1.2. Существующие методологии автоматизированного проектирования БРЭС, направления и проблемы их развития
1.3. Проблемы моделирования и оптимального проектирования БРЭС с учетом требований обеспечения надежности и стойкости при электрических и тепловых нагрузках ЭРИ.
1.4. Проблемы оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений параметров ЭРИ БРЭС
1.5. Проблемы моделирования, синтеза и оптимального проектирования конструкций БРЭС для обеспечения надежности ЭРИ при внешних механических воздействиях.
1.6. Анализ современных программных средств, используемых для моделирования и проектирования БРЭС.

1.7. Анализ и проблемы методов моделирования, оптимизации и синтеза БРЭС

1.8. Постановка задачи оптимального проектирования БРЭС с учетом требований обеспечения надежности по параметрическим и внезапным отказам при электрических, тепловых и механических нагрузках

1.9. Выводы.

2. Методы оптимизации электрических и тепловых режимов при проектировании БРЭС
2.1. Интегрированная математическая модель минимального по стоимости комплектующих изделий.
2.2.Метод оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений электрических параметров ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем.
2.3. Метод определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем
2.4. Метод построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик моделей процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области.
2.5. Выводы
3. Математические модели и методы расчета, синтеза и оптимизации конструкций БРЭС и их элементов при внешних механических воздействиях
3.1. Метод блочноиерархического формирования и анализа математических моделей процессов в БРЭС
3.2. Метод и математическая модель для анализа и оптимизации конструкций печатных узлов БРЭС.
3.2.1. Анализ особенностей конструкций печатных узлов БРЭС
3.2.2. Анализ существующих методов и выбор метода построения математической модели колебаний конструкции печатного узла
3.2.3. Разработка расчетной математической модели динамики конструкции печатного узла
3.2.4. Метод учета жесткостей элементов, установленных на плате.
3.2.5. Оценка точности разработанной модели.
3.2.6. Разработка метода расчета конструкций печатных узлов БРЭС при ударном воздействии.
3.2.7. Метод оптимизации расположения узлов крепления ПУ
3.3. Методы оптимального синтеза систем виброудароизоляции конструкций БРЭС
3.4. Выводы.
4. Программные приложения для синтеза оптимальных проектных решений БРЭС
4.1 Структура программного приложения
4.2 Программа оптимального синтеза допусков и уточнения номинальных значений электрических параметров ЭРИ в БРЭС и электронных компонентов микросхем.
4.3 Программа построения макромоделей и анализа чувствительности выходных характеристик моделей процессов в БРЭС к большим изменениям параметров в частотной области
4.4. Программа определения оптимальных электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ и оптимизации параметров элементов системы обеспечения теплового режима БРЭС.
4.5. Программа расчета динамических характеристик пространственных конструкций БРЭС при внешних виброударных воздействиях.
4.6. Программы расчета динамических характеристик конструкций печатных узлов БРЭС и оптимизации расположения мест их крепления при внешних механических воздействиях.
4.7. Программа оптимального синтеза систем виброудароизоляции БРЭС при внешних механических воздействиях.
4.7.1. Описание конструкции БРЭС и характеристик виброудароизоляторов.
4.7.2. Синтез систем виброудароизоляции БРЭС
4.8. Выводы
5. Экспериментальная проверка и практическое применение разработанных методов.
5.1. Методология оптимального проектирования
5.2. Экспериментальная проверка моделей и методов.
5.2.1. Методика проведения экспериментальной проверки динамических моделей ПУ и системы виброудароизоляции.
5.2.2. Экспериментальная проверка динамической модели конструкции ПУ
5.2.3. Экспериментальная проверка моделей систем виброизоляции БРЭС
5.3. Практическое применение разработанных методов и моделей
5.3.1. Пример оптимального синтеза допусков на параметры ЭРИ видеоусилителя
5.3.2. Пример оптимального синтеза электрических и тепловых нагрузочных режимов ЭРИ мощного усилителя.
5.3.3. Пример оптимального проектирования вибронадежной конструкции ПУ
5.3.4. Пример оптимального синтеза системы виброудароизоляции БРЭС
5.4. Внедрение результатов работы.
5.5. Выводы.
Заключение
Список использованных источников


Автор выражает свою благодарность коллективам кафедр Информационные технологии в автоматизированных системах и Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы МИЭМ за полезное обсуждение результатов работы. Автор признателен проф. Шрамкову И. Г., проф. Солодовникову И. В., проф. Борисову Н. И., проф. Кечиеву , проф. Сарафанову , доц. Зародову А. Ф., проф. Увайсову С. У., доц. Тумковскому С. Р. за советы и помощь в работе. В главе выделяется класс рассматриваемых в диссертации объектов и основных задач их оптимального проектирования. Поскольку трудоемкость процесса решения данных задач велика, проводится обзор и анализ основных методов и подходов, направленных на ее снижение. На основе обзора формулируется постановка задачи диссертационной работы. Комплекс государственных стандартов Мороз6 регламентирует методические, технические и организационные вопросы требований к надежности и стойкости бортовых радиоэлектронных средств БРЭС с охватом всех стадий их жизненного цикла. В настоящее время выдвинуты также требования к повышению качества продукции в соответствии с новыми требованиями к системе менеджмента качества по ГОСТ Р. ИСО , ГОСТ РВ . Решение перечисленных задач лежит в области разработки новых информационных технологий моделирования и системного оптимального автоматизированного проектирования и синтеза надежных БРЭС и входящих в нее микросхем. Имеют высокие удельные характеристики теплонапряжепности. Для отдельных устройств, таких, например, как источники вторичного электропитания удельная мощность может достигать 0 Втдм3 1, 2. Происходит повышение требований к показателям надежности, качества и ресурсу 3, 4. Например, для геостационарных искусственных спутников Земли срок службы должен составлять лет 5. БРЭС подвергаются широкому комплексу воздействий дестабилизирующих факторов см. БРЭС должны функционировать в условиях воздействия на них электрических, магнитных, электромагнитных полей непрерывного и импульсного ионизирующего излучения ИИ 6, 8 механических и климатических воздействий , . В конструктивнотехнологическом плане БРЭС применяются различные варианты реализаций, которые базируются на принципах конструирования моносхемном функциональноблочном функциональномодульном функциональноузловом. В связи с жесткими требованиями к энергоемкости, массогабаритным характеристикам и надежности в БРЭС широко применяются последние разработки в области интефапьных и гибридноинтегральных технологий 1,9. БРЭС. Так, например, в практике разработки БРЭС применяются специальные схемотехнические решения 1,4, , , направленные на обеспечение отказоустойчивости, радиационной стойкости, стойкости к электромагнитным полям, теплоустойчивости отдельных элементов, узлов или целых устройств. В процессе конструкторскотехнологической проработки БРЭС используются специальные защитные от ионизирующих и электромагнитных излучений экраны , элементы Пельтье микрохолодильники и устройства с плавящимся веществом тепловые шины, тепловые трубы и теплостоки 1,9, , , вибропоглощающие материалы , , термостатирующие плиты и контуры с водяным охлаждением 5, 9, , виброудароизолирующие платформы , специальные методы компоновки узлов и приборов в целом . Реализация БРЭС с высокими удельными массогабаритными характеристиками в совокупности с достижениями микроминиатюризации приводит к тесной взаимосвязи физических процессов электрических, электромагнитных, тепловых, механических, радиационных и т. БРЭС , , . Это, в свою очередь, приводит к необходимости осуществлять на различных этапах разработки , , , специальные мероприятия, связанные с комплексным исследованием характеристик БРЭС исследование температурной нестабильности выходных характеристик , , исследование ухода параметров электрорадиоизделий ЭРИ при воздействии ИИ ГОСТ В 4 и ЭМИ, исследование температурных напряжений в конструкционных материалах 8, , , анализ влияния паразитных параметров печатного и пленочного монтажа на параметры сигналов , , исследование влияния температурных режимов на вязкоупругие свойства материалов конструкции и демпфирующих устройств , и др.