Повна версія

Головна arrow Техніка arrow ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МЕТОДИ АВТОМАТИЗОВАНОГО АНАЛІЗУ КІЛ

Завдання автоматизованого аналізу ланцюгів

Поняття про ручних і машинних методах аналізу ланцюгів.

Відповідно до основним методом теорії ланцюгів рішення задачі аналізу довільній електричного кола включає в себе наступні основні етапи:

  • 1) перехід від принципової електричної схеми ланцюга до її схемою заміщення;
  • 2) за допомогою рівнянь електричної рівноваги;
  • 3) рішення рівнянь електричної рівноваги і представлення отриманих результатів.

На першому етапі кожен реальний елемент електричного кола замінюється його спрощеною моделлю, складеною тільки з ідеалізованих пасивних і активних елементів. На другому етапі вибирається система незалежних змінних, що характеризує процеси в розглянутій ланцюга, і складається система рівнянь електричної рівноваги щодо цих змінних. На третьому етапі вирішується система рівнянь електричної рівноваги і визначається шукана реакція ланцюга на заданий вплив або співвідношення, що зв'язують між собою реакцію ланцюга і зовнішній вплив.

Протягом тривалого часу різні засоби обчислювальної техніки, в тому числі і електронні обчислювальні машини (ЕОМ), застосовувалися тільки для виконання третього з перерахованих етапів. Таке використання ЕОМ було неефективним, так як вимагало великого обсягу підготовчих робіт, що виконуються вручну. Очевидно, що застосування ЕОМ для вирішення системи рівнянь електричної рівноваги не носить принципового характеру, так як для цієї мети можна використовувати і інші засоби обчислень, включаючи арифмометри, рахункові лінійки і інженерні калькулятори.

Характерною особливістю сучасного стану розвитку методів аналізу ланцюгів є широке застосування ЕОМ не тільки для вирішення рівнянь електричної рівноваги, але і для формування цих рівнянь за заданою схемою заміщення цінуй або для складання схеми заміщення ланцюга і відповідних рівнянь електричної рівноваги по заданій принциповій електричній схемі цінуй. Зауважимо, що використання ЕОМ для побудови схеми заміщення ланцюга і формування системи рівнянь електричної рівноваги носить принциповий характер, так як ці етапи не можуть бути виконані за допомогою інших засобів обчислювальної техніки. Сучасні методи аналізу ланцюгів, засновані на застосуванні ЕОМ для комплексного виконання всіх трьох (або хоча б двох останніх) етапів аналізу, отримали назву методів машинного ( автоматизованого ) аналізу ланцюгів. Методи аналізу ланцюгів, в яких формування рівнянь електричної рівноваги проводиться вручну (незалежно від того, застосовувати чи не застосовують ЕОМ для вирішення рівнянь електричної рівноваги), часто не дуже вдало називають ручними методами аналізу.

Автоматизація методів аналізу електричних ланцюгів дозволяє не тільки значно скоротити час аналізу, але і істотно підвищити його точність. Рішення ряду завдань, пов'язаних з проектуванням сучасної апаратури на великих інтегральних мікросхемах , кожна з яких може налічувати багато тисяч елементів , взагалі немислимо без застосування автоматизованих методів аналізу. Широке використання ЕОМ для аналізу ланцюгів зробило істотний вплив і на розвиток теорії ланцюгів, зокрема стимулювало розробку спеціальних методів аналізу, орієнтованих на застосування ЕОМ.

Загальні уявлення про програми машинного аналізу ланцюгів. Розроблені до теперішнього часу програми машинного аналізу ланцюгів умовно поділяють на дві великі групи: 1) програми загального призначення, призначені для вирішення широкого кола завдань аналізу ланцюгів різного типу; 2) спеціалізовані програми, орієнтовані на вирішення окремих приватних завдань аналізу, таких, як дослідження тимчасових або частотних характеристик лінійних ланцюгів, знаходження робочих точок нелінійних елементів, визначення чутливості ланцюга до зміни параметрів елементів і т.п. Незалежно від призначення кожна програма автоматизованого аналізу складається з декількох основних блоків, які відповідають основним етапам аналізу ланцюгів: блок підготовки вихідних даних, блок формування рівнянь електричної рівноваги, блок рішення рівнянь електричної рівноваги, блок представлення результатів аналізу.

За допомогою першого блоку на етапі підготовки вихідних даних в ЕОМ вводять інформацію про схему досліджуваного ланцюга, параметрах її елементів, формулюють конкретне завдання аналізу і вказують спосіб представлення результатів. У найбільш розвинених програмах аналізу ланцюгів в ЕОМ вводять складений певним чином список елементів принципової електричної схеми аналізованої ланцюга зі вказівкою типів елементів, їх параметрів і номерів вузлів, до яких підключені висновки елементів, або складена певним чином принципова схема цінуй. Перехід від принципової схеми ланцюга до її схемою заміщення в програмах такого типу здійснюється автоматично, за допомогою наявної в програмі бібліотеки моделей (схем заміщення) всіх елементів ланцюга. При використанні програм аналізу ланцюгів нижчого рівня потрібно попередньо вручну побудувати схему заміщення ланцюга. В цьому випадку в ЕОМ вводять список гілок ідеалізованої ланцюга із зазначенням характеру гілки, її параметрів і орієнтації, яка визначається порядком перерахування номерів вузлів, до яких підключена ця галузь.

Найважливішим етапом машинного аналізу ланцюгів, який найбільш важко піддається автоматизації, є формування рівнянь електричної рівноваги. Розглянуті раніше алгоритми складання цих рівнянь носять описовий характер, недостатньо формалізовані і непридатні для безпосереднього застосування в програмах машинного аналізу.

Рівняння електричної рівноваги ланцюга, сформовані будь-яким з методів, можна вирішити або в чисельній, або в символьній формі. У першому випадку знаходять числові значення струмів і напруг ланцюга, що відповідають певним значенням параметрів елементів і величин, що характеризують зовнішній вплив, у другому - рішення отримують у вигляді аналітичного виразу, справедливого в певному діапазоні зміни параметрів елементів і величин, що характеризують заданий вплив. До теперішнього часу найбільші успіхи досягнуті в області чисельних методів розв'язання рівнянь електричної рівноваги, які засновані на добре розроблених методах обчислювальної математики і легко піддаються алгоритмізації [1] . Символьні методи вирішення рівнянь електричної рівноваги не мають єдиної математичної бази і розвинені в меншій мірі. Наявні програми машинного аналізу ланцюгів, які реалізують рішення рівнянь електричної рівноваги в символьній формі, засновані на використанні методу сигнальних графів або методу узагальнених чисел і дозволяють аналізувати тільки лінійні ланцюги малої складності. Методи символьного рішення нелінійних диференціальних або алгебраїчних рівнянь взагалі не розроблені.

Визначальний вплив на вибір методів чисельного аналізу надає рівень розвитку засобів обчислювальної техніки і відповідного математичного забезпечення. У свою чергу, використовуються методи чисельного аналізу істотно впливають на вибір методів формування рівнянь електричної рівноваги. Тому на кожному етапі розвитку обчислювальної техніки на перший план виступають свої методи вирішення рівнянь електричної рівноваги і відповідні їм методи формування цих рівнянь.

Заключним етапом машинного аналізу ланцюгів є представлення результатів. На цьому етапі обробляються результати вирішення рівнянь електричної рівноваги, визначаються шукані характеристики цінуй і здійснюється висновок отриманих даних з ЕОМ. Сучасні програми автоматизованого аналізу ланцюгів, як правило, організовують роботу ЕОМ в діалоговому режимі, при якому користувач на основі даних попереднього аналізу може вводити в ЕОМ директиви, за допомогою яких визначається вид аналізу, проводиться зміна схеми досліджуваного ланцюга або параметрів її елементів, задається той або інший спосіб представлення отриманих результатів.

Програми машинного аналізу ланцюгів є частиною сучасних систем автоматизованого проектування

(САПР) і входять до складу математичного забезпечення автоматизованих робочих місць проектувальника радіоелектронної апаратури. Незважаючи на велику кількість таких програм, постійно виникає необхідність їх удосконалення або розробки нових програм. Тому фахівці в галузі радіоелектроніки повинні чітко уявляти собі основні принципи, покладені в основу машинних методів аналізу ланцюгів.

Питання і завдання для самоперевірки

  • 1. Перерахуйте основні етапи аналізу електричного кола. Дайте по можливості розгорнутий опис цих етапів і вкажіть їх призначення і зміст.
  • 2. Охарактеризуйте основні відмінності між ручними і автоматизованими (машинними) методами аналізу ланцюгів.
  • 3. Формування рівнянь електричної рівноваги (УЕР) є найбільш важливим етапом машинного аналізу ланцюгів. Чому?
  • 4. Поясніть, за якими ознаками програми машинного АЦ поділяються на дві групи: 1) загального призначення і 2) спеціалізовані програми.
  • 5. Перерахуйте основні блоки типових програм автоматизованого аналізу ланцюгів і охарактеризуйте призначення і зміст цих блоків.
  • 6. Які труднощі виникають при реалізації основних блоків програм автоматизованого аналізу ланцюгів, чим вони обумовлені і як долаються (повністю або частково)?
  • 7. Методи рішення УЕР поділяються на: 1) символьні і 2) чисельні. Дайте загальну характеристику цих методів і оточили їх практичну цінність.
  • 8. Розгляньте чинники, які є важливими для завдання аналізу ланцюгів: 1) рівень розвитку обчислювальної техніки; 2) методи складання УЕР; 3) методи вирішення УЕР. Як ці фактори взаємопов'язані і взаємозумовлені?

  • [1] Детальне знайомство з чисельними методами рішення уравненійелектріческого рівноваги проводиться при вивченні курсів «Висшаяматематіка» і «Основи автоматизації проектування радіоелектронних пристроїв».
 
<<   ЗМІСТ   >>