Методы, алгоритмы и программные средства моделирования электротехнических устройств и систем

• Автор: Зайченко, Татьяна Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 445 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭТУС.

1.1. Концептуальная модель ЭТУС как объекта моделирования

1.2. Моделирование ЭТУС в задачах проектирования и обучения

1.3. Теоретические основы автоматизированного моделирования ЭТУС

1.4. Программные средства моделирования ЭТУС в задачах исследования и обучения.

1.4.1. Анализ требований к ПСМ ЭТУС

1.4.2. Общая характеристика ПСМ ЭТУС.

Результаты и выводы по первой главе.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭТУС.

2.1. Метод компонентных цепей как теоретическая основа многоуровневого моделирования ЭТУС
2.1.1. Понятийноопределительный и матричнотопологический аппарат МКЦ.
2.1.2. Сравнительный анализ методов моделирования
2.2. Развитие МКЦ для визуального схемного моделирования ЭТУС
2.2.1. Модель процесса визуального схемного моделирования
2.2.2. Теоретикомножественные модели компонента и компонентной цепи.
2.2.3. Принципы разработки моделей компонентов.
2.2.4. Классификация компонентов.
2.2.5. Классификация и теоретикомножественные модели группирующих сущностей КЦ.
2.2.6. Исследование способов взаимодействия с моделью ЭТУС
2.2.7. Исследование подходов к моделированию взаимодействия
ЭТУС и внешней среды
2.3. Теоретические основы анчитического моделирования
на базе МКЦ
Результаты и выводы по второй главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ФОРМАЛИЗОВАННОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ КЛАССОВ ЭТУС ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СХЕМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.
3.1. Компоненты для схемотехнического моделирования электрических цепей и аналоговых электронных устройств.
3.2. Исследование способов формализованного представления электромагнитных элементов.
3.3. Исследование способов моделирования цифровых и аналогоцифровых устройств.
3.4. Исследование способов формализованного представления электромеханических систем.
3.4.1. Концепция моделирования электромеханических систем
3.4.2. Компоненты электрических машин
3.4.3. Компоненты механики
3.5. Компоненты для структурного моделирования ЭТУС
3.6. Исследование подходов к моделированию программных средств.
Результаты и выводы по третьей главе.
4. АЛГОРИТМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭТУС
4.1. Общая характеристика требований к алгоритмам моделирования
4.2. Алгоритмы схемного моделирования
4.2.1. Базовый алгоритм невизуального схемного моделирования.
4.2.2. Обобщенная структура вычислительной модели компонента
и алгоритм визуального схемного моделирования.
4.2.3. Алгоритмы автоматического кодирования КЦ
4.2.4. Алгоритмы моделирования нелинейных и импульсных САУ.
4.2.5. Алгоритмы, повышающие быстродействие вычислительного эксперимента
4.3. Алгоритм формирования КЦ математического выражения
4.4. Алгоритмизация процесса разработки моделей компонентов
4.4.1. Общая характеристика процесса разработки моделей компонентов.
4.4.2. Алгоритмы генерации моделей компонентов.
4.4.3. Приемы разработки моделей компонентов с моделями У ГО
нестационарного и динамического типа.
Результаты и выводы по четвертой главе
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭТУС
5.1. Общие вопросы практической реализации
алгоритмов моделирования ЭТУС.
5.2. Общая характеристика ПСМ ЭТУС на базе МКЦ
5.3. Система схемного моделирования МАРСЭТУ
5.3.1. Общие вопросы программной реализации.
5.3.2. Общая характеристика интерфейса пользователя.
5.3.3. Библиотеки моделей компонентов ЭТУС
5.3.4. Методика проведения вычислительного эксперимента.
5.4. Система автоматизации математических вычислений Макрокалькулятор.
5.5. Генераторы моделей компонентов.
5.5.1. Генераторы вычислительных блоков встроенных моделей
5.5.2. Генератор моделей условных графических обозначений.
5.5.3. Генераторы моделей пользователя
Результаты и выводы но пятой главе
6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭТУС.
6.1. Исследование достоверности компьютерных моделей
компонентов и КЦ ЭТУС
6.1.1. Общие вопросы проверки достоверности моделей.
6.1.2. Исследование моделей компонентов полупроводниковых приборов и режима многовариантного анализа
6.1.3. Исследование моделей компонентов
электромагнитных элементов.
6.1.4. Исследование моделей компонентов электрических
6.1.5. Исследование моделей компонентов САУ непрерывного типа
6.1.6. Исследование моделей компонентов цифровых устройств
6.2. Исследование моделей основных классов ЭТУС.
6.2.1. Схемотехническое моделирование однородных ЭТУ
с непрерывным регулированием.
6.2.2. Физикоинформационное моделирование
однородных ЭТУ с импульсным регулированием.
6.2.3. Схемотехническое моделирование неоднородных ЭТУС.
6.2.4. Физикоинформационное моделирование неоднородных
ЭТУС с импульсным регулированием.
6.2.5. Структурное моделирование ЭТУС.
6.2.6. Моделирование САУ с дискретным временем и программных средств.
6.3. Оценка алгоритмов моделирования по точности и быстродействию .
6.4. Практическое применение ПСМ ЭТУС в задачах
исследования и обучения.
Результаты и выводы по шестой главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В. Талановым введены понятия структурной модели математического уровня и структурной модели функционального уровня, отличие между которыми состоит в присутствии в схеме модели функционального уровня функциональных блоков макроблоков 4. Как известно, электронные устройства подразделяют на три класса аналоговые, цифровые и аналогоцифровые. К аналоговым относятся устройства, информация о работе которых заключена в различных характеристиках сигнала амплитуде или длительности импульса амплитуде, частоте, фазе, форме периодически изменяющегося напряжения, амплитуде постоянного напряжения. К цифровым устройства, рабочие сигналы которых закодированы в виде чисел, обычно представляемых в двоичном коде цифрами 0 и 1 триггеры, счетчики, регистры и т. Для исследования цифровых устройств разработаны два способа моделирования логическое и регистровое. Логическое моделирование моделирование электронных цифровых устройств, изображаемых в виде логических схем, т. НЕ, И, ИЛИ и т. Теоретическую основу логического моделирования составляют теория цифровых автоматов и
У. При логическом моделировании используются функциональные модели элементов модели, представленные в виде черного ящика, для которого связь между входными и выходными сигналами задается в виде булевых уравнений либо таблиц истинности. При логическом моделировании решаются задачи проверки логики работы схем, анализа переходных процессов, определения надежности работы схем в зависимости от разброса параметров элементов. В зависимости от поставленной задачи выбирается метод моделирования. Основными отличительными чертами методов являются способ учета времени распространения сигнала в схеме, способ кодирования сигналов, способ построения модели в ЭВМ, очередность моделирования элементов. По способу учета времени распространения сигнала методы делятся на синхронный без учета задержек в элементах схемы и асинхронный с учетом задержек в зависимости от способа представления сигналов на двоичный и многозначный троичный, пятизначный и т. Регистровое моделирование моделирование функциональной схемы электронной вычислительной аппаратуры на уровне регистров, счетчиков, сумматоров, триггеров, простейших логических элементов, устройств оперативной и микропрограммной памяти, шин передачи данных. Моделирование на уровне регистровых передач заключается в покомандной имитации выполнения машинной программы, и используется на этапе проектирования микропрограмм. Сигналы моделируются строками, состоящими из нулей и единиц. Считается, что электронное вычислительное устройство состоит из двух частей операционного устройства и устройства управления, работа которых происходит по тактам. В описании модели выделяются две части описание структуры регистров, счетчиков, сумматоров, и т. Описание модели электронной вычислительной аппаратуры осуществляется на специальных языках i , ii i , ii 5. Современными языками являются V и Vi , . Следует отметить особенность моделирования, выполняющегося в процессе проектирования микропроцессорных систем. Системный подход к проектированию устройств с микропроцессорным управлением предполагает совместную разработку и отладку технических средств и программного обеспечения, ориентированного на конкретную структуру технических средств. Проектирование аппаратуры на основе микропроцессорных средств базируется на использовании принципиально новых методов их разработки и отладки, представленных в работах А. Г. Алексенко, Галицына, А. Д. Иванникова , В. Б. Бродина, М. И. Шагурина . Основным методом проектирования микропроцессорных систем является метод внутрисхемной эмуляции, предложенный фирмой I в х годах XX века. Эмуляция как метод подразумевает замещение некоторого модуля системы процессора или памяти программ функциональным аналогом эмулятором, который позволяет сделать процесс управления контролируемым и наблюдаемым. Основой метода является моделирование разрабатываемой системы с использованием средств инструментальной специализированной ЭВМ схемного эмулятора. Выбор способа моделирования определяется классом и размерностью объекта, подлежащего моделированию, видом решаемой задачи, допустимым временем моделирования. Например, для анализа аналоговых устройств применяются методы схемотехнического моделирования.