МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ

Просмотров

Free Web Counters

Конспект лекций

СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

СОДЕРЖАНИЕ

МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

Оптимальные РЭУ могут быть построены либо методами классического синтеза, либо методами оптимизации на ЭВМ с применением пакетов прикладных программ автоматизации проектирования.

Классический синтез позволяет проектировать относительно несложные, в основном, пассивные устройства, для которых существуют аналитические способы синтеза оптимальных схем. К ним относятся оптимальные частотные фильтры с аппроксимацией Чебышева, Кауэра и др., оптимальные широкополосные согласующие устройства с аппроксимацией Фано, а также различного класса частотно-разделительные и мостовые устройства [1,6].

Большинство же устройств из-за отсутствия аналитических методик синтеза проектируется методами оптимизации на ЭВМ. При этом различают структурную и параметрическую оптимизацию.

При структурной оптимизации определяется наилучшая структура РЭУ, удовлетворяющая заданным требованиям.

При параметрической оптимизации определяется такая совокупность внутренних параметров РЭУ, при которой заранее выбранные выходные параметры принимают наилучшие возможные значения. Полное решение задачи проектирования РЭУ методами параметрической оптимизации на ЭВМ производится в три этапа:

• моделирование устройства;

• составление целевой функции с выбором тех или иных критериев его качества;

• минимизация (максимизация) целевой функции для получения оптимальных внутренних параметров устройства.

При проектировании РЭУ широко применяются методы оптимизации проектных решений, основанные на решении задач математического (линейного и нелинейного) программирования. В этих задачах производится поиск минимума или максимума некоторой целевой функции, зависящей от многих переменных при наличии ограничений на эти переменные.

При проектировании РЭУ целевая функция отображает качество работы, стоимость аппаратуры и иные характеристики, зависящие от параметров компонентов, оптимальные значения которых требуется найти в результате решения задачи. Ограничения же формулируются в виде системы соотношений, сужающих допустимую область изменения параметров компонентов при решении задачи оптимизации РЭУ.

Если минимизируемая (максимизируемая) целевая функция и ограничения линейно зависят от переменных, то оптимизация проектных решений может быть выполнена на основе известных из курса математики методов линейного программирования. К этим методам относятся симплекс-метод и методы целочисленного линейного программирования.

При нелинейной зависимости целевой функции и ограничений от переменных оптимальное проектирование РЭУ производится на основе решения задачи нелинейного программирования методами одномерного поиска оптимального решения, а также градиентными или статистическими методами оптимизации.

Проектирование РЭУ в соответствии с новой технологией основывается на следующих пяти принципах.

Первый принцип предполагает комплексное решение общей задачи проектирования за счет взаимной увязки процедур решения частных задач и этапов проектирования. При этом установление тесной информационной связи между этапами и процедурами позволяет создавать более эффективные РЭУ с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.

Второй принцип заключается в интерактивном режиме проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога «человек-машина». При этом системы автоматизации проектирования выступают в качестве мощного средства обеспечения творческой активности проектировщика, а не заменяют его. Ибо невозможно создать или модернизировать сложную радиоэлектронную аппаратуру без творческого участия специалиста, сколь ни велика была бы мощность вычислительных средств и сколь ни сложны (и изощрены) были бы формальные методы проектирования.

Третий принцип заключается в широком применении имитационного моделирования радиоэлектронных систем и средств с воспроизведением условий работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет специалисту в процессе проектирования «видеть» плоды своего труда в действии без макетирования и натурного моделирования. Имитационное моделирование дает возможность проводить испытания различных вариантов проектных решений и в приемлемые сроки выбирать лучший из них с учетом всевозможных случайных факторов и помех.

Четвертый принцип состоит в привлечении для решения задач проектирования новейших высокоэффективных аппаратурных и информационно-программных средств обеспечения проектирования и моделирования РЭУ.

И, наконец, пятый принцип состоит в замкнутости процесса автоматизированного проектирования РЭУ.