Исследование и разработка методов снижения размерности и трудоемкости задач анализа и оптимизации линейных эквивалентных электрических схем на основе макромоделирования в САПР

• Автор: Борисов, Николай Иванович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор и анализ основных методов машинного моделирования больших эквивалентных электрических схем.

1.1. Большие электрические схемы и основные задачи их

машинного моделирования.

1.2. Обзор и анализ основных методов машинного моделирования, использующих разреженность матриц

1.3. Обзор и анализ диакоптических методов.

1.4. Обзор и анализ методов макромоделирования

эквивалентных электрических схем

1.5. Постановка задачи.

Глава 2. Разработка численных методов и алгоритмов

макромоделирования линейных схем, определения по макромодели частотных свойств схемы.
2.1. Теоретические аспекты построения макромодели
2.2. Организация вычислений макромодели
2.3. Вычисление по макромодели частотных характеристик
схемы их функций чувствительности.
2.4. Определение по макромодели устойчивости, собственных частот схемы и их параметрической
чувствительности
2.5. Определение по макромодели нулей и полюсов
системных функций.
2.6. Выводы по главе.
Глава 3. Разработка методов вычисления по макромодели динамических характеристик линейной схемы.
3.1. Анализ использования макромодели для вычисления динамических характеристик.
3.2. Численноаналитический метод определения динамических характеристик на основе полиномиальной аппроксимации входных сигналов.
3.3. Численноаналитический метод определения динамических характеристик на основе представления входных сигналов рядами Фурье.
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Разработка методов снижения трудоемкости процесса
макромоделирования и вычисления по макромодели выходных характеристик схемы
4.1. Снижение размерности макромодели за счет
расширения координатного базиса.
4.2. Снижение трудоемкости вычислений за счет настройки макромодели на диапазон расчета
выходных характеристик схемы
4.3. Повышение экономичности макромодели
за счет снижения ее точности
4.4. Построение макромодели с учетом разреженности
и структуры матрицы модели.
4.5. Выводы по главе
Глава 5. Разработка системы моделирования, макромоделирования,
анализа и оптимизации линейных эквивалентных электрических схем в рамках диалоговой оболочки
5.1. Архитектура и основные принципы создания системы
5.2. Лингвистическое обеспечение и средства
лингвистического обеспечения.
5.3. Основные проблемноориентированные подсистемы.
5.4. Выводы по главе
Общие выводы по диссертации
Список используемой литературы


Все численные методы снабжены оценками их трудоемкости и рабочего поля. В третьей главе рассмотрены возможности использования макромодели для вычисления динамических характеристик схемы. Предлагаются два численно-аналитических метода определения по макромодели динамических характеристик в виде одного или нескольких аналитических выражений в зависимости от вида представления входных сигналов. Приводится оценка трудоемкости предлагаемых методов. В четвертой главе рассматриваются методы, направленные как на снижение трудоемкости процесса построения макромоделей (за счет учета структуры и разреженности матриц цепей и декомпозиционного подхода к формированию модели), так и на снижение трудоемкости вычисления выходных характеристик схемы по макромодели (за счет использования специального координатного базиса и обращения в аналитической форме полиномиальной матрицы второй степени, настройки макромодели на частотный диапазон или снижения ее точности). Приводятся оценки трудоемкости предлагаемых методов. В пятой главе рассматривается программная реализация предлагаемых численных методов в виде диалоговой системы моделирования, макромоделирования, анализа и оптимизации эквивалентных электрических схем. Описывается архитектура системы и ее компоненты общего назначения (синтаксически-ориентируемый языковый процессор, диалоговый процессор, типовой диалоговый монитор, система языков и сценариев диалога), а также проблемно-ориентированные подсистемы. Диссертация подготовлена на основе работ, выполненных автором с года по настоящее время на кафедрах "Радиотехнические устройства и системы", "Системы автоматизации проектирования", "Информационные технологии в автоматизированных системах" МГИЭМ. ГЛАВА 1. Обзор и анализ основных методов машинного моделирования больших эквивалентных электрических схем. В главе выделяется класс рассматриваемых в диссертации объектов и основных задач их машинного моделирования. Поскольку трудоемкость про цессов решения этих задач велика, проводится обзор и анализ основных методов и подходов, направленных на ее снижение. На основе обзора формулируется постановка задачи диссертационной работы. Непрерывное усложнение радио- и микроэлектронной аппаратуры (РЭА, МЭА), вызываемое необходимостью увеличения и усложнения вы-полнямых ею функций, успехами в области технологии производства, сопровождается постоянным усложнением задач ее проектирования. ЭВМ. Выходом из создавшегося положения является использование блочноиерархического подхода к проектированию [, ], опирающегося как на последовательное иерархическое разбиение сложных задач на подзадачи умеренной сложности, так и на иерархическую систему математических моделей [,,]. Тем не менее, в силу высоких требований к точности моделей и функционально-модульного принципа проектирования, на каждом иерархическом уровне приходится иметь дело с моделями большой размерности. Можно выделить два основных класса моделей, преобразуемых в аналоговые эквивалентные электрические схемы. К первому классу относятся так называемые модели с сосредоточенными параметрами в виде электрических и электронных принципиальных схем. Они превращаются в эквивалентные схемы после замены в них транзисторов, диодов, интегральных микросхем (ИМС) соответствующими схемами замещения [6,7,,]. Количество узлов в таких схемах достигает значений 2 - 4. Ко второму классу относятся модели с распределенными параметрами в виде систем дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического, параболического либо эллиптического типов [9,,]. Аппроксимация уравнений с использованием методов конечных разностей или конечных элементов [9,,] приводит к замене модели с распределенными параметрами моделью с сосредоточенными параметрами в виде больших систем алгебраических либо обыкновенных дифференциальных уравнений (СОДУ). Такие же системы уравнений могут быть сформированы по эквивалентным схемам, построенным на основе искуственных аналогий [9,,, ,], например, электротепловой, электромеханической, электроакустической и т.