Идентификация параметров математических моделей элементов РЭС

• Автор: Тумковский, Сергей Ростиславович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 251 с.

Аннотация
В диссертационной работе рассматриваются научные основы идентификации параметров математических моделей элементов РЭС. Разработанные методология, методы и методики идентификации параметров моделей элементов являются неотъемлемой составной частью современных средств проектирования РЭС. Разработана архитектура распределенной среды проектирования РЭС и технологические основы ее реализации на базе новых информационных технологий.
Практическим итогом диссертации является разработанная и находящаяся в процессе эксплуатации распределенная среда проектирования РЭС на базе Интренет -сервера с возможностью решения задач идентификации параметров моделей элементов РЭС, схемотехнического моделирования, что подтверждается соответствующими актами внедрения.
В диссертационной работе на основе проведенных исследований в области параметрической идентификации осуществлено обобщение крупной научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение. Создана распределенная среда проектирования, использование которой позволяет повысить эффективность, качество проектных решений РЭС.
Цель работы и задачи исследований
1. Анализ современных исследований в области создания и использования информационных технологий в проектировании РЭС
1.1. Основные тенденции развития информационных технологий в схемотехническом проектировании РЭС
1.2. Анализ методики схемотехнического моделирования функциональных узлов и блоков РЭС
1.3. Анализ методов и средств идентификации параметров моделей элементов РЭС
1.4 Выводы
2. Разработка методологии идентификации параметров моделей элементов РЭС
2.1. Классификация электрических моделей элементов РЭС
2.2. Классификация методов синтеза структуры электрических моделей элементов РЭС
2.3. Математические модели базовых элементов
2.4. Метод идентификации параметров моделей элементов РЭС
2.5. Методы расчета электрических схем
2.6. Выводы
3. Разработка методического обеспечения идентификации параметров моделей элементов РЭС
3.1. Методика идентификации параметров моделей РЭС
3.2. Методика идентификации параметров модели полупроводникового диода
3.3. Методика идентификации параметров модели биполярного транзистора
3.4. Методика идентификации параметров модели полевого транзистора
3.5. Методика идентификации параметров модели операционного усилителя
3.6. Методика идентификации параметров модели ТТЬ- вентиля
3.7. Алгоритмы минимизации целевых функций
3.7. Выводы
4. Архитектура системы идентификации параметров моделей элементов РЭС на базе Интернет-сервера
4.1. Структура системы идентификации параметров моделей элементов РЭС
4.2. Выбор языка программирования для реализации системы
4.3. Выбор и обоснование протокола прикладного уровня
4.4. Разработка схемы взаимодействия серверной и клиентской частей системы
4.5. Разработка протокола передачи данных между клиентом и сервером
4.6. Технологические основы реализации системы
4.7. Выводы
5. Реализация и внедрение системы идентификации параметров моделей РЭС
5.1. Реализация системы идентификации параметров моделей РЭС на базе Интернет сервера
5.2. Экспериментальная проверка алгоритмов оптимизации
5.3. Реализация методик идентификации параметров моделей
5.4. Экспериментальная проверка системы №і8рісе
5.5. Внедрение системы на примере решения практических задач
5.6. Выводы
Заключение
Список используемой литературы
Приложения
Информационные технологии - важная составная часть научно-технического прогресса естественно, развиваются вместе с соответствующей областью техники. В связи с дальнейшим совершенствованием радиоэлектронных средств (РЭС) происходит непрерывное развитие теории и практики применения информационных технологий в процессе проектирования.
Актуальность проблемы
Необходимость проектирования сложных современных радиоэлектронных средств (РЭС), сокращение сроков их проектирования выдвигают противоречивые требования по соблюдению необходимого качества проектных работ.
Разрешить эти противоречия можно лишь при широком использовании в процессе проектирования новых информационных технологий, позволяющих автоматизировать решение наиболее трудоемких проектных задач, к которым в первую очередь относятся задачи моделирования электрических характеристик РЭС. Внедрение в процесс схемотехнического проектирования новых информационных технологий позволяет решать сложнейшие задачи моделирования радиоэлектронных схем, таких как источники питания, усилители, фильтры, преобразователи сигналов и другие. Результатами моделирования являются режимы по постоянному току, осциллограммы сигналов, частотные и спектральные характеристики и т.д. Помимо этого результаты моделирования помогают выявлять причины возможных или реальных неисправностей в схеме, находить пути улучшения ее характеристик.
Реализация качественных показателей современных РЭС, потенциально заложенных на этапе схемотехнического проектирования, возможна только при грамотном их конструировании с использованием информационных технологий. На этом этапе решаются не только задачи компоновки, размещения, трассировки, обеспечения тепловых и механических режимов, но и задачи моделирования схемы с учетом электромагнитных связей элементов конструкции.
Использование систем схемотехнического моделирования РЭС позволяет исследовать большое количество различных вариантов схемы и конструкции и выбрать из них наилучший, с минимальными временными и материальными затратами.
Использование информационных технологий в процессе проектирования давно стало нормой для ведущих фирм, производящих современную радиоэлектронную технику.
В нашей стране этим проблемам посвящены работы ученых: Норенкова И.П., Шрамкова И.Г., Анисимова В.И., Ильина В.Н., Алексенко А.Г. Кофанова Ю.Н., Борисова

Как видно из рисунка, она более детально описывает входной каскад ОУ. В отличие от модели второго уровня она учитывает нелинейные свойства входного сопротивления, а также такой параметр ОУ как напряжение смещения.
Применение такой модели оправдано при моделировании схем, где используются прецизионные свойства ОУ.
Необходимо отметить, что преобразование приведенных низкочастотных динамических моделей в высокочастотные модели, как правило, добавляет к структуре модели паразитные емкости и индуктивности выводов элементов.
Как видно из приведенных примеров увеличение степени универсальности модели приводит к увеличению объема информации о характеристиках элементов, которые необходимо знать, усложняет структуру модели элемента и увеличивает количество параметров модели, которые необходимо идентифицировать.
Поэтому модели элементов РЭС необходимо четко позиционировать с точки зрения последующего использования при моделировании объектов с тем, чтобы получать адекватные результаты.
2.2. Классификация методов синтеза структуры электрических моделей элементов РЭС
Структура математической модели определяет вид математических соотношений и перечень фигурирующих в них параметров. Структура электрической модели, как правило, представляется в виде эквивалентной схемы или графа. В литературе [50,91,100,101] отмечается, что существующие методы синтеза структуры математических моделей элементов не систематизированы и носят, как правило, рецептурный характер. Поэтому в работе сделана попытка, классифицировать наиболее часто применяемые на практике методы (рис. 2.6) по способу получения результата.
Рис.2.б. Классификация методов синтеза структуры моделей элементов РЭС