Алгоритм реализации вычислительного эксперимета в САПР термостабильной радиоэлектронной аппаратуры Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Ленхорова И.А.

алгоритм реализации вычислительного эксперимента в сапр термостабильной радиоэлектронной аппаратуры

математическая модель

При разработке САПР исходим из того, что в основе проектирования любой САПР стоит определение структурного состава модуля генерации матрицы планирования эксперимента и обработки результатов вычислительного эксперимента, проводимого с помощью методики, разработанной в [1,2]. Общий структурный состав - модули генерации матрицы планирования, реализации вычислительного эксперимента, статистической обработки экспериментальных данных (см. рисунок 1).

Входные данные:

а) задано множество ЭРЭ R = {г1, г2, ..., гп}. Каждый ЭРЭ обладает совокупностью и^иу} из т электрических, магнитных, электромагнитных параметров, зависящих от температуры:

б) задано подмножество ЭРЭ Р, у которых согласно плану факторного эксперимента варьируются на двух уровнях относительно номинального значения либо один из термозависимых параметров а (случай однопараметрического варьирования), либо все термозависимые параметры Ц{и^} (случай многопараметрического варьирования):

где q - кодовое значение уровня варьирования; к - количество варьируемых

Уг ^ Щиц}; и = Г(Т); i = 1, ..., п; j = 1, ..., т;

Р = {р1, р2, ..., рк}, Р е Я;

и К}> = /„ (Т+), д = +1;

i = 1, ..., к; j = 1, ..., т, (1)

ЭРЭ; т - количество термозависимых параметров ьго ЭРЭ;

в) задано множество электрических, магнитных, электромагнитных связей между ЭРЭ X = {х1, х2, ..., хр}. Выходные данные:

- аналитическая функция температурной погрешности (уравнение температурной погрешности) выходного параметра устройства РЭА:

- случай многопараметрического варьирования, причём, под однопараме-трическим варьированием понимаем изменение термозависимого основного параметра ЭРЭ, под многопараметрическим - изменение температуры ЭРЭ с несколькими термозависимыми параметрами.

где ш - максимальное значение температурного коэффициента ьго параметра; ДТ - диапазон рабочих температур РТУ

Известные программы схемотехнического моделирования не предназначены для операций по планированию вычислительных экспериментов с последующим регрессионным анализом, поскольку возможность автоматической генерации матрицы планирования эксперимента в них отсутствует. По этой причине модуль генерации матрицы планирования должен быть оригинальным программным продуктом.

Программа схемотехнического моделирования PSpice допускает возможность объединения нескольких заданий на моделирование в один файл. При этом количество заданий на моделирование, включенных в один файл, теоретически не ограничено, но зависит от аппаратных возможностей ПЭВМ. Тем самым модуль реализации вычислительного эксперимента может быть заимствованным программным продуктом - программой схемотехнического моделирования PSpice .

Использовать распространенные программы математических расчетов (МаШСАО и др.) для статистической обработки данных вычислительного эксперимента не имеет смысла, так как большинство заложенных в эти программы возможностей останется невостребованным. В то же время известные программы схемотехнического моделирования не имеют развитого математического аппарата для этих целей. Оптимальным решением в данном случае является создание оригинальной, простой и компактной программы статистической обработки

- случай однопараметрического варьирования;

экспериментальных данных.

Алгоритмическая модель

На рисунке 1 представлен алгоритм нахождения уравнения температурной погрешности. Рассмотрим особенности синтеза дополнительных математических моделей для подмножества Р варьируемых ЭРЭ.

Однопараметрический способ варьирования. Дана математическая модель ЭРЭ р^ которая соответствует номинальным значениям всех параметров. Среди т параметров модели ЭРЭ определяется единственный, наиболее показательный параметр VI. С помощью операторов и S+ производится синтез двух дополнительных математических моделей ЭРЭ, соответственно, для уровней (VI - Дv1) и (VI + Дv1). Остальные (т - 1) параметры не изменяются:

* '[VI ] = (VI -¿V1);

* -[{V, }]=Ы ;

5 >1 ] = (VI+ АУ1);

* +[Ь )]=Ы;

j = 2..т

(2)

Рисунок 1. Алгоритм нахождения уравнения температурной погрешности

Многопараметрический способ варьирования. Дана математическая модель ЭРЭ р^ которая соответствует номинальной температуре окружающей среды Тном (нулевой уровень). Математическая модель ЭРЭ pi обладает т параметрами, из них к - без температурной зависимости, (т - к) - термозависимые параметры. С помощью операторов Т - и Т + производится синтез двух дополнительных математических моделей ЭРЭ, описывающих его поведение на нижнем и верхнем уровнях, соответственно (Тном - ДТ ) и (Тном + ДТ ). Параметры модели без температурной зависимости не изменяются:

ьL]=V{vini_T. j=um-k);

b)U = VЫ ■ j = (" -k +

V {Vj }| , j = 1..(m - k);

J Ht,,, +лг

T - [V {Vj},]

г- [V {Vj L]

г+ [v {v } ]

г+ [V {Vj }|,„]

(3)

.m.

Следует отметить, что операторы S- и S+ являются вырожденными аналогами операторов Т- и Т+ , если предположить, что изменение параметра Дv1 вызвано изменением температуры ДТ.

Начиная с версии PSpice 6.1, введена возможность назначения одним из трех различных способов собственной температуры для каждого ЭРЭ. Учитывая такую возможность, а также наличие в составе системы DesignLab программы Device Equation, отпадает необходимость в создании математического аппарата для операторов Т- и Т+ в оригинальной части программного блока - модуле генерации матрицы планирования. В этом случае достаточно только задавать уровни варьирования (Тном - ДТ ) и (Тном + ДТ ) в матрице планирования.

На рисунке 2 приведена структурная схема блока реализации вычислительного эксперимента. Программный блок построен по линейному принципу - с однократным запуском программы схемотехнического моделирования PSpice (процедура реализации вычислительного эксперимента). Однократный запуск обусловливает наличие целостной матрицы планирования. При этом матрица планирования размещается в едином файле заданий на моделирование. Такое решение продиктовано минимальным временем реализации вычислительного эксперимента и стабильностью работы программного блока, что подтверждено в результате экспериментальных исследований. Заметим, что линейный принцип построения программного блока требует значительного дискового пространства

ПЭВМ, особенно при реализации больших планов вычислительных экспериментов.

Начало

Ввод подмножества,, Р и значений уров-^, ней варьирования

Рисунок

В заключение от

;а реализации [ента

математическая и алгоритмическая модели вычислительного эксперимента заложены в основу КСАПР термоустойчивых радиоэлектронных устройств космического назначения на основе теории системного проектирования, разработанной и описанной в [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Ленхорова И.А. Математические модели для исследования систем / И.А. Ленхорова - Сочи: Изд-во МИУ, 2013. №2.

2. Алексеев В.П., Ленхорова И.А. Повышение адекватности уравнения регрессии при обработке ненормированных массивов данных в исследованиях систем методом планирования эксперимента / И.А. Ленхорова «Новые исследования в разработке техники и технологий» // - Сочи: Изд-во МИУ, 2014. №2.

3. Алексеев, В.П. Системное проектирование термоустойчивых радиотехнических устройств и систем / В.П. Алексеев. - Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. - 316 с.