Автоматизація синтезу схемних макромоделей компонентів, що описуються системами диференціальних рівнянь
Ескіз недоступний
Дата
2010
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 – Системи автоматизації проектувальних робіт. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”. – Київ, 2010.
Дисертація присвячена дослідженню та розробці методів автоматизованого синтезу схемних макромоделей компонентів, що описуються системами диференціальних рівнянь. Досліджено особливості побудови схемних еквівалентів для систем звичайних диференціальних рівнянь у формі Коші та показано можливість створення автоматизованої системи побудови відповідних макромоделей. Вдосконалено метод побудови схемних макромоделей компонентів, що описуються системами диференціальних рівнянь в частинних похідних, який базується на використанні принципу електромеханічних аналогій. Розроблено методи скорочення макромоделей, поданих у вигляді схемних еквівалентів, що враховують особливості галузі їх застосування. Доведено можливість використання методів оптимізації, характерних для САПР схемотехнічного рівня, для уточнення параметрів отриманих схемних макромоделей. Розроблено методику автоматизованого синтезу схемних макромоделей компонентів, що описуються системами диференціальних рівнянь в частинних похідних, яка включає етапи побудови, скорочення та оптимізації параметрів макромоделі. Розроблені методи реалізовано у вигляді програмного забезпечення, яке є сумісним з пакетом схемотехнічного проектування NetALLTED, і перевірено на кластері НТУУ «КПІ».
Диссертация посвящена исследованию методов автоматизации синтеза схемных макромоделей компонентов, описываемых системами дифференциальных уравнений. Определены основные подходы, использующиеся современными системами проектирования при моделировании объектов сложной физической природы. Предложено использование схемных эквивалентов компонентов, описываемых системами дифференциальных уравнений, в качестве макромоделей отдельных подсистем современных гетерогенных устройств. В работе рассмотрено современное состояние САПР схемотехнического уровня. Проведен анализ эффективности математического аппарата и дополнительных видов анализа наиболее популярных систем схемотехнического проектирования. Обоснована возможность создания автоматизированного метода построения схемных макромоделей неэлектронных компонентов, описанных системами дифференциальных уравнений в форме Коши. В качестве тестов использовался набор задач для сертификации программ библиотеки численного анализа НИВЦ МГУ. Исследованы особенности получения макромоделей для систем обыкновенных дифференциальных уравнений различного вида, приведены соответствующие языковые конструкции для пакета схемотехнического проектирования NetALLTED. При переходе к схемным эквивалентам для компонентов, описываемых системами дифференциальных уравнений в частных производных, в работе использован метод электромеханических аналогий. Усовершенствован автоматизированный метод получения макромоделей на примере базовых механических узлов и элементов (включающих балки с одной и тремя степенями свободы, как однородные, так и с присоединенными и встроенными массами, а также пластины). Адекватность и эффективность метода проверена путем сравнения полученных в ППП NetALLTED резонансных (собственных) частот объектов с аналитическим расчетом, а также с результатами моделирования в пакете конечно-элементного моделирования ANSYS Multiphysics. Для уменьшения размерности полученных схемных макромоделей было предложено использование методов сокращения размерности. В результате анализа существующих методов сокращения выбран класс методов на основе Y-∆ преобразования, среди которых наиболее целесообразным является использование метода RLC-сокращения, применяемого для уменьшения размерности линейных схем на этапе верификации при проектировании СБИС. Однако для получения адекватных схемных макромоделей базовый метод был усовершенствован в части учета отрицательных номиналов компонентов, а также разброса номиналов элементов схемы (до 30 порядков). Разработаны модификации данного метода, которые в зависимости от метода выбора подлежащих сокращению узлов схемы обеспечивают уменьшение времени сокращения (до 15 раз), увеличение точности получаемой макромодели (погрешность при сокращении размерности в 20 раз составляет 5-7%), уменьшение неоднозначности сокращения. На тестовом наборе примеров исследованы особенности разработанных модификаций и даны методические рекомендации по порядку и условиям их использования. Моделирование устройств проводилось как в частной области (определение собственных частот объекта), так и во временной (определение реакций объекта под действием вешних сил). Разработана методика получения схемных макромоделей неэлектрических компонентов с требуемой точностью, которая включает этапы построения эквивалентной схемы замещения, сокращения ее размерности и получения макромодели объекта, уточнения параметров макромодели с использованием оптимизационных процедур пакетов схемотехнического проектирования. С учетом чувствительности и характерных особенностей (овражности) целевых функций, предложено использование методов оптимизации на основе случайного поиска. На примере моделирования распространения волны в прямолинейном трубопроводе исследованы особенности сокращения макромоделей неэлектронных компонентов, описанных системами дифференциальных уравнений в частных производных, в которых присутствует эффект демпфирования. В работе показана и экспериментально подтверждена возможность формирования библиотеки базовых узлов из области проектирования на примере механических компонентов и моделирования работы составного устройства на их основе. Разработанные методы реализованы в виде программного обеспечения, которое совместимо с пакетом схемотехнического проектирования NetALLTED, и проверены на кластере НТУУ «КПИ».
Ph.D. thesis on the specialty 05.13.12 – Computer Aided Design Systems. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”. – Kyiv, 2010. The dissertation is devoted to the investigation and development of the methods of automatization of synthesis of circuit macromodels of components described by the systems of differential equations. The features of construction of the circuit equivalents for systems of Cauchy’s ordinary differential equations are investigated, and the possibility to create an automatized system to construct respective macromodels is shown. The method to construct the circuit macromodels of the components described by the systems of differential equations in partial derivatives based on the usage of the electromechanical analogies principle is improved. The methods of the reduction of macromodels presented as circuit equivalents, which take into account the features of a field of their usage, are developed. The possibility to use the optimization methods specific for circuit level CAD systems to adjust parameters of the macromodels obtained is approved. The technique of the automatized synthesis of the circuit macromodels of the components described by the systems of differential equations in partial derivatives that includes the stages of construction, reduction and parameters’ optimization of a macromodel is developed. The methods developed are implemented as a software compatible with NetALLTED application package and tested at the NTUU “KPI” cluster.
Диссертация посвящена исследованию методов автоматизации синтеза схемных макромоделей компонентов, описываемых системами дифференциальных уравнений. Определены основные подходы, использующиеся современными системами проектирования при моделировании объектов сложной физической природы. Предложено использование схемных эквивалентов компонентов, описываемых системами дифференциальных уравнений, в качестве макромоделей отдельных подсистем современных гетерогенных устройств. В работе рассмотрено современное состояние САПР схемотехнического уровня. Проведен анализ эффективности математического аппарата и дополнительных видов анализа наиболее популярных систем схемотехнического проектирования. Обоснована возможность создания автоматизированного метода построения схемных макромоделей неэлектронных компонентов, описанных системами дифференциальных уравнений в форме Коши. В качестве тестов использовался набор задач для сертификации программ библиотеки численного анализа НИВЦ МГУ. Исследованы особенности получения макромоделей для систем обыкновенных дифференциальных уравнений различного вида, приведены соответствующие языковые конструкции для пакета схемотехнического проектирования NetALLTED. При переходе к схемным эквивалентам для компонентов, описываемых системами дифференциальных уравнений в частных производных, в работе использован метод электромеханических аналогий. Усовершенствован автоматизированный метод получения макромоделей на примере базовых механических узлов и элементов (включающих балки с одной и тремя степенями свободы, как однородные, так и с присоединенными и встроенными массами, а также пластины). Адекватность и эффективность метода проверена путем сравнения полученных в ППП NetALLTED резонансных (собственных) частот объектов с аналитическим расчетом, а также с результатами моделирования в пакете конечно-элементного моделирования ANSYS Multiphysics. Для уменьшения размерности полученных схемных макромоделей было предложено использование методов сокращения размерности. В результате анализа существующих методов сокращения выбран класс методов на основе Y-∆ преобразования, среди которых наиболее целесообразным является использование метода RLC-сокращения, применяемого для уменьшения размерности линейных схем на этапе верификации при проектировании СБИС. Однако для получения адекватных схемных макромоделей базовый метод был усовершенствован в части учета отрицательных номиналов компонентов, а также разброса номиналов элементов схемы (до 30 порядков). Разработаны модификации данного метода, которые в зависимости от метода выбора подлежащих сокращению узлов схемы обеспечивают уменьшение времени сокращения (до 15 раз), увеличение точности получаемой макромодели (погрешность при сокращении размерности в 20 раз составляет 5-7%), уменьшение неоднозначности сокращения. На тестовом наборе примеров исследованы особенности разработанных модификаций и даны методические рекомендации по порядку и условиям их использования. Моделирование устройств проводилось как в частной области (определение собственных частот объекта), так и во временной (определение реакций объекта под действием вешних сил). Разработана методика получения схемных макромоделей неэлектрических компонентов с требуемой точностью, которая включает этапы построения эквивалентной схемы замещения, сокращения ее размерности и получения макромодели объекта, уточнения параметров макромодели с использованием оптимизационных процедур пакетов схемотехнического проектирования. С учетом чувствительности и характерных особенностей (овражности) целевых функций, предложено использование методов оптимизации на основе случайного поиска. На примере моделирования распространения волны в прямолинейном трубопроводе исследованы особенности сокращения макромоделей неэлектронных компонентов, описанных системами дифференциальных уравнений в частных производных, в которых присутствует эффект демпфирования. В работе показана и экспериментально подтверждена возможность формирования библиотеки базовых узлов из области проектирования на примере механических компонентов и моделирования работы составного устройства на их основе. Разработанные методы реализованы в виде программного обеспечения, которое совместимо с пакетом схемотехнического проектирования NetALLTED, и проверены на кластере НТУУ «КПИ».
Ph.D. thesis on the specialty 05.13.12 – Computer Aided Design Systems. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”. – Kyiv, 2010. The dissertation is devoted to the investigation and development of the methods of automatization of synthesis of circuit macromodels of components described by the systems of differential equations. The features of construction of the circuit equivalents for systems of Cauchy’s ordinary differential equations are investigated, and the possibility to create an automatized system to construct respective macromodels is shown. The method to construct the circuit macromodels of the components described by the systems of differential equations in partial derivatives based on the usage of the electromechanical analogies principle is improved. The methods of the reduction of macromodels presented as circuit equivalents, which take into account the features of a field of their usage, are developed. The possibility to use the optimization methods specific for circuit level CAD systems to adjust parameters of the macromodels obtained is approved. The technique of the automatized synthesis of the circuit macromodels of the components described by the systems of differential equations in partial derivatives that includes the stages of construction, reduction and parameters’ optimization of a macromodel is developed. The methods developed are implemented as a software compatible with NetALLTED application package and tested at the NTUU “KPI” cluster.