автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математические и структурно-параметрические модели нелинейных физико-технических эффектов для синтеза элементов систем управления

На правах рукописи

ВЕТРОВА АНЖЕЛИКА АМИРОВНА

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НЕЛИНЕЙНЫХ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ДЛЯ СИНТЕЗА ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Астрахань 2004

Работа выполнена в Астраханском государственном университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических наук, профессор

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Петрова Ирина Юрьевна

Фоменков Сергей Алексеевич Филин Виктор Андреевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

ООО «Астраханьгазпром»

Астраханский газоперерабатывающий завод

Защита диссертации состоится 10 мая 2004 г. в 11 час 00 мин на заседании диссертационного Совета КМ 212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20А, главный корпус, ауд. 402.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20 А, АГУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

апреля 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета к. т. н., доц.

Щербинина О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время, в условиях научно-технической революции, сокращения сроков морального старения изделий особенно важны требования к совершенствованию технологий производства контрольно-измерительных и преобразовательных устройств, расширению областей их применения и масштабов производства На рис. 1 отражены тенденции развития рынка датчиков для основных секторов промышленности.

рис.1. Развитие мирового рынка датчиков

Для получения наиболее эффективных новых технических решений требуется провести синтез и анализ огромного числа вариантов решений, что невозможно без применения вычислительной техники. Поэтому для сокращения времени и трудоемкости процесса поискового конструирования при синтезе новых элементов систем управления, для уменьшения их стоимости актуальной становится задача создания автоматизированных систем анализа и синтеза новых технических решений чувствительных элементов систем управления (СУ) различного назначения. Решением этой задачи занимались многие ученые: Г.С.Альтшуллер, В.М.Цуриков, В.Н Глазунов, М.Ф.Зарипов, И.Ю.Петрова, К.В.Кумунжиев, А.И.Половинкин, ВА.Камаев, А.М.Дворянкин, С.А.Фоменков, В.А.Филин, Р.Коллер, К.Джонс и другие. Разработаны методы автоматизации поискового

конструирования, лежащие в основе различных автоматизированных систем проектирования.

В настоящее время существует несколько автоматизированных систем поиска новых технических решений, использующих различные методы поискового конструирования, и предназначенных для создания различных классов технических объектов. Физико-технические эффекты (ФТЭ) в этих системах представлены в виде линейных моделей, которые преобразуют величину входного воздействия в выходную величину в соответствии с некоторым коэффициентом преобразования.

В то же время, в современных системах управления все большее применение находят различные нелинейные элементы (НЭ). Так, по данным опубликованным агенством Intechno Consulting в докладе «РЫНКИ ДАТЧИКОВ 2008: Мировой анализ и прогноз рынков датчиков до 2008 года» рынок датчиков на полупроводниковой основе вырастет с 12.6 млрд дол. в 1998 г до 21.8 млрд в 2008 г.

А Б В Д Е Ж

Рис.2. Классификация НЭ электрических цепей

Пример представленной на рис.2 классификации нелинейных элементов электрических цепей с подробным рассмотрением одного лишь класса - нелинейных резистивных элементов уже позволяет судить о значительном количестве НЭ и разнообразии их характеристик. Выпрямители, модуляторы, генераторы колебаний, функциональные и параметрические преобразователи, вычислительные устройства, преобразователи неэлектрических величин в электрические - вот далеко неполный перечень устройств, в которых нелинейные явления либо используются для получения положительных эффектов, либо являются нежелательными.

Математические модели, описывающие поведение нелинейных элементов, достаточно сложны и зачастую приводят к решению нелинейных дифференциальных уравнений, что делает их непригодными для выполнения аналитических расчетов. Поэтому проблема проектирования нелинейных устройств методами синтеза тесно связана с проблемой математического моделирования на этапе аппроксимации функций преобразования. Создание математических моделей, сочетающих достаточную точность с простотой математических выражений позволит существенно упростить алгоритмы расчета и снизить затраты машинного времени при проектировании устройств.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является получение математических, структурно-параметрических и энергоинформационных моделей нелинейных ФТЭ различной физической природы, для разработки эффективных алгоритмов анализа и синтеза нелинейных элементов СУ. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

• Анализ и классификация характеристик нелинейных элементов лежащих в основе принципа действия элементов и устройств СУ.

• Выбор наиболее универсального математического аппарата для описания типичных видов нелинейностей при минимизации погрешности аппроксимации.

• Разработка структурно-параметрических моделей ФТЭ с нелинейными характеристиками.

• Разработка алгоритмов синтеза цепочек физического принципа действия (ФПД) нелинейных чувствительных элементов (ЧЭ) и расчета их -эксплуатационных характеристик.

• Разработка комплекса программ, для реализации автоматизированных алгоритмов синтеза ФПД нелинейных ЧЭ и интеграция его в сущест-

вующую автоматизированную систему синтеза ЧЭ на основе реляционной модели организации знаний.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались теория измерительных преобразователей, теория аппроксимации и интерполяции функций, методология структурного системного анализа информационных систем, энергоинформационные модели цепей и аппарат параметрических структурных схем, основанные на элементах теории подобия, технология проектирования реляционных баз данных.

Научная новизна.

1. Разработаны математическая и структурно-параметрическая модели описания нелинейных ФТЭ, которые позволяют получить единое формализованное описание нелинейных ФТЭ, что делает возможным использовать эти модели в процессе автоматизированного синтеза нелинейных элементов СУ.

2. На основе разработанных математических и структурно-параметрических моделей построены энерго-информационные модели ряда нелинейных ФТЭ.

3. Предложена методика заполнения паспорта нелинейного ФТЭ, позволяющая дополнять БД ФТЭ данными о нелинейных ФТЭ и расширять объем используемых специалистами знаний.

4. Разработана подсистема синтеза цепочек ФПД НЭ СУ и расчета их эксплуатационных характеристик, которая включена в комплекс программ для синтеза ФПД элементов СУ.

Практическая значимость. На основе предложенных моделей описания нелинейных ФТЭ, полученных выражений для расчета эксплуатационных характеристик вариантов ФПД, содержащих нелинейные ФТЭ, создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать НЭ СУ. Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему с подсистемой автоматизированного синтеза линейных ФТЭ [Щербинина О.В.], что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Результаты работы применены в учебном процессе для освоения студентами технологии автоматизированного проектирования ЧЭ при изучении дисциплин «Проектирование измерительных преобразователей», «Законы развития техники».

Апробация работы. Отдельные материалы, входящие в диссертацию обсуждались на международной научно-технической конференции «Информацион-

ные технологии в медицине, технике, образовании» (г. Волгоград 2000г.); 43,44 и 45 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава (г. Астрахань 2000г., 2001г., 2002 г.); международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (г. Сочи 2003г.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 5 печатных работах. Созданное программное обеспечение зарегистрировано в Федеральном институте промышленной собственности РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,, четырех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований, 3 приложений, изложена на 110 машинописных страницах, содержит 45 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе представлена классификация нелинейных ФТЭ, приведен обзор существующих методов анализа и синтеза нелинейных цепей и автоматизированных систем поискового конструирования, созданных на их основе.

Любой ФТЭ может быть представлен в виде элементарного звена параметрической структурной схемы. Для сжатого описания информации обо всех известных ФТЭ, связывающих цепи разной физической природы между собой, составляются топограммы связей. На рис 4. приведена упрощенная топограмма связей для п цепей различной физической природы. Линейные связи между величинами воздействия и реакции количественно оцениваются некоторыми числами — параметрами цепи (для описания зависимостей между величинами одной физической природы) или коэффициентами передачи (для описания линейных ФТЭ).

Нелинейные зависимости не могут быть описаны при помощи постоянных коэффициентов, а характеризуются нелинейными функциями одной или нескольких переменных, поскольку их свойства зависят от входных и выходных величин. Можно выделить два вида нелинейных ФТЭ. В том случае, если имеет место нелинейная зависимость между величинами одной физической природы, говорят о внутрицепных нелинейных ФТЭ или нелинейных параметрах цепи — сопротивлении, проводимости, емкости, жесткости, индуктивности, дедуктивности. Второй вид нелинейных ФТЭ описывает межцепные нелинейные зависимости между величинами и параметрами различной физической природы. Фрагмент классификации нелинейных ФТЭ на основе данного признака представлен на рис. 3.

Нелинейные ФТЭ

| Внутрццепные ФТЭ

Электрические (баттер. диоды, транзисторы. варикапы, шристоры идр)

— иа?нитные (катуики с сердечниками из магнитаупругих материалов)

— механические (упругие байт, сухое трение. механический чюфт идр)

— тепловые (эф^ккты в тепяоупругих и анизотропных материалах и др )

— гидрав чические (емкое сопротивление, турбулентные потоки идр)

— и т.д.

-1 Межцепные ФТЭ~

— эчектро-чагнитные (эффект Виганда. яр/рект ампер-витков. эффектХочча идр )

— иагнито-эчектрические (чагнитпрезистиеный эффект ,э*1нрект Ганна идр)

— э чектро-тепчовые (э/рфект выделения menta проводником с тоном идр)

— тепло-эчектрические (терморезистивныиэффект, пироэлектрический эффект идр)

— эчектро-оптические (светадиоды, чаэеры, оптроны и др)

— опто-эчектрические (фоторешатры. <ротодиодыидр)

— ит.д

рисЗ. Фрагмент классификации нелинейных ФТЭ

рис.4. Топограмма связей для п цепей различной физической природы

С другой стороны, полное представление о нелинейном элементе можно составить на основе его статической характеристики, которая отражает функциональную зависимость между изменениями входной и выходной величинами. В соответствии с представленной классификацией все нелинейные элеметы можно разделить по принципу однозначности их характеристик. Однозначными характеристиками обладают большинство электронных ламп и полупроводниковых приборов. Двузначными характеристиками первого вида ^-образными характеристиками) обладают, например, газоразрядные лампы. Характеристики второго вида называются ^образными и встречаются у туннельных диодов, диодов Ганна, тетродов и др.

Рассмотрены методы анализа и синтеза электрических цепей, обобщенный метод синтеза и расчета цепей неэлектрической природы [Филин В.А.], а также энерго-информационный метод (ЭИМ) анализа и синтеза цепей любой физической природы [Зарипов М.Ф., Петрова И.Ю.].

Достоинства и недостатки существующих методов анализа и синтеза приведены в Таблице 1.

Таблица 1

Достоинства и недостатки существующих методов анализа и синтеза цепей

Методы Область Автоматизированные системы на основе метода Применение для автоматизированного синтеза нелинейных элементов

Методы анализа и синтеза электрических цепей Электрические цепи не существует не применяются

Синтез и расчет цепей неэлектрической природы (В.А. Филин) Иезлектрические цепи частично автоматизирован применяется частично

Энергоинформационный метод анализа и синтеза цепей Цепи различной физической природы существует несколько автоматизированных систем не применяется

Математические модели для аналитического описания нелинейных электрических элементов достаточно сложны и требуют применения специальных приемов, которые зависят как от способа описания НЭ, так и от схемы цепи, что

делает невозможным их применение в автоматизированных системах поиска новых технических решений.

Применение автоматизированных алгоритмов в методе расчета цепей неэлектрической природы, для описания которых используется математический аппарат конечно-разностных уравнений, возможно лишь частично и также требует использования специальных алгоритмов, индивидуальных для цепей конкретной физической природы.

ЭИМ и аппарат ПСС позволяют разработать обобщенные алгоритмы синтеза ЧЭ, которые не зависят от физической природы цепи, что делает этот метод наиболее эффективным для использования в автоматизированных системах поиска новых технических решений.

В таблице 2 приведен сравнительный анализ возможностей рассмотренных автоматизированных систем синтеза чувствительных элементов систем управления на основе ЭИМ цепей, который показал, что они позволяют легко перейти к структурной схеме устройства в целом, дать количественную оценку характеристик устройства и записать аналитические выражения функции преобразования.

Однако эти системы имеют ряд недостатков:

1. Нет нелинейных ФТЭ в банке данных, а в современных устройствах все шире используются НЭ.

2. Использование только линейных алгоритмов синтеза.

Таблица 2

Название системы Наличие в БД сведений о нелинейных ФТЭ Аналитическое выражение функциональной зависимости «внешнее воздействие-результат» Количественная оценка эксплуатационных характеристик Получение структурной схемы устройства

«Интеллект» — + + +

Автоматизированная система поиска ФПДЧЭ в архитектуре клиент-сервер — + — +

Программно-

инструменталь-

ный комплекс

синтеза ФПД ЧЭ систем управле- — + + +

ния, поиска ана-

логов и прото-

типов

Таким образом, актуальной становится задача формализации описания НЭ посредством таких математических моделей, которые достаточно точно описывают поведение НЭ и являются пригодными для использования их автоматизированными методами синтеза новых технических решений, пополнения существующего банка данных ФТЭ нелинейными ФТЭ и разработки алгоритмов автоматизированного синтеза НЭ.

Для этого необходимо:

1. Провести анализ и классификацию существующих нелинейных ФТЭ, лежащих в основе принципа действия ЧЭ СУ.

2. Выбрать наиболее универсальный математический аппарат для описания типичных видов нелинейностей при минимизации погрешности аппроксимации.

3. Разработать структурно - параметрические модели и паспорта нелинейных ФТЭ.

4. Используя технологии проектирования и перепроектирования БД и CASE-средства, реструктуризировать базу данных ФТЭ с целью пополнения ее паспортами нелинейных ФТЭ для обеспечения автоматизированного поиска новых ФПД нелинейных ЧЭ.

5. Разработать алгоритмы синтеза цепочек ФПД нелинейных ЧЭ и расчета их эксплуатационных характеристик.

6. Разработать комплекс программ, для реализации предложенных моделей и алгоритмов синтеза ФПД нелинейных ЧЭ и интегрировать его в существующую автоматизированную систему синтеза ЧЭ на основе реляционной модели организации знаний.

Вторая глава посвящена обоснованию выбора математической модели для описания нелинейных ЧЭ, развитию аппарата параметрических структурных схем при моделировании нелинейных ФТЭ и построению структурно-параметрических моделей ряда нелинейных ФТЭ на основе выбранной матема-

тической модели. На основе разработанной методики заполнения паспорта нелинейного ФТЭ составлены и добавлены в БД ФТЭ паспорта ряда нелинейных ФТЭ.

При анализе и синтезе нелинейных цепей можно не учитывать внутреннее устройство нелинейного элемента и опираться только на его внешние характеристики подобно тому, как при анализе линейных цепей не рассматривают устройство линейных элементов и пользуются их параметрами — сопротивлением, емкостью и индуктивностью.

Полное представление о нелинейном элементе можно составить на основе его статической характеристики, которая отражает функциональную зависимость между изменениями входной и выходной величинами. На практике характеристики нелинейных элементов чаще всего задаются в графическом виде. В то же время, для того, чтобы использовать автоматизированные методы расчета и синтеза нелинейных элементов, необходимо, прежде всего, чтобы характеристики нелинейных ФТЭ были представлены в виде аналитических выражений.

Таким образом, решение задачи автоматизированного анализа и синтеза нелинейных ЧЭ включает в себя выполнение следующих основных этапов:

1. Выбор математической модели для описания нелинейных ФТЭ, т.е. функциональной структуры аппроксимирующего выражения.

2. Определение методики расчета коэффициентов аппроксимации, т.е. постоянных, входящих в выражение аппроксимирующей функции.

3. Реализация функции преобразования, т.е. составление структурной схемы ЧЭ, представляющей собой совокупность звеньев, осуществляющих элементарные преобразования.

При такой постановке задача синтеза нелинейных ЧЭ состоит в нахождении структуры цепи ФПД ЧЭ, которая может быть получена непосредственно в процессе реализации функции преобразования.

Для аппроксимации характеристик нелинейных элементов обычно используют кусочно-линейную аппроксимацию, аппроксимацию степенными или экспоненциальными полиномами, а также различными трансцендентными функциями. Сводный анализ достоинств и недостатков методов аппроксимации приведен в Таблице 3 и позволяет сделать вывод о том, что наиболее приемлемой для дальнейшего использования в автоматизированных системах анализа и синтеза НЭ СУ является аппроксимация заданных характеристик нелинейных элементов степенными полиномами. Следует отметить, что аппроксимация с помо-

щью степенных полиномов невозможна для характеристик релейных нелинейных элементов и элементов с гистерезисными характеристиками, у которых различные значения выходной величины зависят от характера изменения (предыстории движения) входной величины.

Таблица 3

Вид аппроксимирующей функции Достоинства и недостатки

Точность аппроксимации Удобство использования в расчетах

Ломанная линия из отрезков прямых Невысока, а для некоторых характеристик НЭ является полностью неприемлемой Позволяет применять обобщенные методы расчетов

Степенные полиномы высокая точность для большинства характеристик НЭ Позволяет применять обобщенные методы расчетов

Экспоненциальные полиномы высока только для характеристик. отражающих процессы пропорционального роста в НЭ Трудность расчетов даже при использовании двучленных полиномов. Аппроксимация возможна только при выполнении определенных условий'

Трансцендентные функции ■ достаточно точно передают изменения крутизны и кривизны характеристик НЭ Использование различных функций не позволяет применять обобщенные методы расчетов

Известно, что для определения коэффициентов аппроксимации нужно конкретизировать условия аппроксимации, т.е. уточнить количественно смысл приближения аппроксимирующей функции к заданной. Чаще всего используют следующие условия приближения:

- интерполяционное приближение, при котором аппроксимирующая функция должна совпадать с аппроксимируемой в ряде выбранных точек.

- равномерное приближение, при котором аппроксимирующая функция не должна отклоняться от заданной > более чем на некоторое положительное число е

- среднеквадратичное приближение, когда аппроксимирующая функция не отличается от аппроксимируемой в среднеквадратичном более, чем на величину 5

На практике часто применяются среднеквадратичные приближения функций алгебраическими многочленами, т. е. в качестве системы функций многочлена наилучшего среднеквадратического приближе-

ния берутся степени

Среднеквадратичные приближения функций алгебраическими многочленами используются обычно в тех случаях, когда приближаемая функция не обладает достаточной гладкостью, а также, если значения функции известны в достаточно большом числе точек, но со случайными ошибками. Учитывая вышесказанное и то, что характеристики нелинейных элементов задаются графически, а отклонения аппроксимирующей функции от характеристики НЭ должны быть малыми в среднем для определения коэффициентов аппроксимации будем использовать условия среднеквадратичного приближения.

Известно, что погрешность среднеквадратических приближений, получаемых по методу наименьших квадратов, обусловлена погрешностью метода, возникающей за счет того, что приближаемая функция не принадлежит к классу многочленов, которыми осуществляется приближение, с одной стороны, и ошибками в значениях функции, получаемых в результате наблюдений, с другой стороны. Среднеквадратичное значение случайной ошибки растет с увеличением степени алгебраического многочлена т, но убывает с увеличением количества измерений п. Погрешность метода убывает с увеличением m и уменьшением шага наблюдений h при фиксированном п . Все вышесказанное подтверждается известным выражением для определения дисперсии случайной ошибки аппроксимирующего многочлена среднеквадратичного приближения

Таким образом, чтобы уменьшить погрешность вычислений, вызванную как ошибками измерений, так и погрешностью метода, необходимо увеличить количество измерений п и подобрать степень алгебраического многочлена m таким образом, чтобы соблюсти компромисс между случайной ошибкой, растущей с увеличением га и погрешностью метода, которая растет с увеличением пЬ, но убывает с увеличением т и уменьшением Ь при фиксированном п. Результаты исследований, проведенных для НЭ с различными характеристиками, позволили

сделать вывод о том, что при аппроксимации функции алгебраическими многочленами степени п оптимальным является значение п=2-!-3.

Банк данных ФТЭ, используемый при автоматизированном синтезе физического принципа действия (ФПД) НЭ, содержит паспорта более чем 250 ФТЭ,

которые представлены линейными элементарными звеньями ПСС:

№ Элементарные звенья Уравнения Примечания

1. п, BlBbiX II ,¿1 Bi -величина определенной физической природы, IIj -параметр цепи

2. В 0 1 Biau\ П|В, -входной параметр (постоянный или изменяющийся во времени), В,» -const

3. В„х d( )/dt Вцич dt Дифференцирование по времени входной величины

4 В,,, d(Vdx В|ВЫХ dB dx Дифференцирование по координате входной величины

5 В|ВХ kydt Интегрирование по времени входной величины

6. Вцч KaiBj Bjbw\ ICbibj - коэффициент межцепного ФТЭ между величиной i-ой физ природы и j -ой физ природы

7. - коэффициент межцепного ФТЭ между величиной i-ой физ природы и параметром j -ой физ. природы

8 JBibo В1в„=Вл, + Влг суммирование вычитание

Проблему реализации моделей нелинейных элементов можно решить путем синтеза сложных ПСС из элементарных линейных звеньев.

Для реализации нелинейного преобразования второго порядка можно воспользоваться двумя линейными звеньями. Такой преобразователь можно представить в виде модели, изображенной на рис. 5

рис.5. Структурно-параметрическая модель нелинейного ФТЭ с зависимостью вида

Действуя аналогичным образом, можно формализовать нелинейные зависимости в виде степенных полиномов. Например, на рис.6 представлена модель преобразователя с нелинейной зависимостью полиномиального вида:

Iй.« = К|В„ + К2Вк

К,в„ (х)-—

рис. 6. Структурно-параметрическая модель нелинейного ФТЭ с характеристикой вида

В работе предложено для краткости ПСС нелинейного ФТЭ в цепочке ФПД НЭ СУ представить особым элементарным звеном ПСС, показанным на рис.7.

г=н—*

рис.7. Элементарное звено ПСС нелинейного ФТЭ в цепочке ФПД нелинейного элемента СУ

Здесь в правом внутреннем прямоугольнике показана степень полинома. Значения коэффициентов аппроксимации и другие характеристики нелинейных ФТЭ хранятся в паспорте.

В паспорте нелинейного ФТЭ, при записи его в банк данных, указывается не чувствительность, как некоторый параметр, а коэффициенты аппроксимации, как совокупность из п параметров, от которых зависит чувствитель-

ность, что позволит использовать при расчете эксплуатационных характеристик известные приемы и алгоритмы, которые легко могут быть реализованы с помощью ЭВМ.

С использованием ЭИМ и аппарата ПСС разработаны структурно-параметрические и энергоинформационные модели ряда нелинейных ФТЭ различной физической природы со статическими характеристиками, представленными в виде степенных полиномов 2+3 степени.

В третьей главе на основе предложенных математических и структурно-параметрических моделей НЭ разработаны алгоритмы синтеза цепочек ФПД нелинейных ЧЭ и расчета их эксплуатационных характеристик, внесены изменения в паспорт ФТЭ - добавлены новые поля: признак нелинейности и коэффи-

циенты нелинейности. С использованием CASE - средств проведена реструктуризация существующей БД ФТЭ для хранения данных о линейных и о нелинейных ФТЭ.

При синтезе физического принципа действия элементов систем управления составляются ПСС с заданным входом и выходом, при этом входная величина каждого эффекта в структурной схеме должна совпадать с выходной величиной предыдущего эффекта. По значениям соответствующих характеристик элементарных звеньев ФТЭ, рассчитывается совокупность эксплуатационных характеристик (чувствительность, диапазон, вес, надежность и т.д.) для каждого из синтезированных вариантов ФПД. Затем из множества полученных решений выбираются варианты ФПД, эксплуатационные характеристики которых удовлетворяют требованиям конструктора.

Алгоритмы расчета большинства эксплуатационных характеристик (таких как надежность, цена, вес, экологичность и т.д.) при синтезе нелинейных элементов СУ не будут отличаться от алгоритмов расчета этих характеристик для линейных элементов.

В то же время, у нелинейных ФТЭ статическая характеристика (зависимость

- нелинейна и чувствительность, также не является

постоянной величиной, а представляет собой некоторую зависимость S = Fs вх(Ввх). Соответственно, выходная характеристика НЭ СУ, в цепочке ФПД которого содержатся нелинейные ФТЭ, также будет нелинейной. Поэтому в случае нелинейного синтеза чувствительность для всей цепочки ФПД будет рассчитываться по правилам, отличным от тех, которые применялись для линейного синтеза.

Рассмотрим типичные варианты соединений элементарных звеньев в цепочках ФПД нелинейных элементов и сформируем аналитические выражения расчета выходных характеристик и чувствительности для этих соединений. Для цепочки ФПД, состоящей из п ФТЭ, элемент которой является нелинейным (рис. 8), имеем:

Выходная характеристика подобного ЧЭ будет иметь вид, подобный виду выходной характеристики нелинейного ФТЭ, входящего в цепочку ФПД, а коэффициенты степенного полинома будут рассчитываться по правилу:

Рис. 8. Цепочка ФПД с линейными и нелинейным звеном

При синтезе ФПД ЧЭ возможны также различные варианты соединения нелинейных и линейных звеньев ПСС. Рассмотрим основные виды соединений, а также правила определения входных и выходных величин для этих видов соединений.

Последовательное соединение.

Вх,

/дао

Вхг-Вых1--Г1(Вх1)

рис.9. Последовательное соединение нелинейных звеньев [В^^К ЪСВх,)]

Параллельное соединение.

рис. 10. Параллельное соединение нелинейных звеньев [(Вых=К1(Вх,) + ...+Г.(Вх.)]

Соединение с обратной связью

рис.11.Соедннение с обратной связью двух нелинейных звеньев |Вых- Р,(Вх,)= ^(Вх □ Р,(Вых))1

Если цепочка ФПД содержит более одного нелинейного ФТЭ, статическая характеристика ЧЭ может быть неоднозначной. Известно, что подобные харак-

теристики элементов обеспечивают при соответствующих условиях возбуждение автоколебаний в системе. Условия возникновения колебаний можно сформулировать, используя так называемые критерии устойчивости, наиболее употребительными из которых являются алгебраические критерии Рауса-Гурвица.

В соответствии с данными критериями система, содержащая нелинейный элемент с характеристикой, которая описывается выражением

, будет устойчивой в том случае, если будут положительны все определители, составленные из коэффициентов а^а,,,.!...^^ по следующему правилу:

В частности для систем, содержащих НЭ с характеристиками в виде степенных полиномов второго и третьего порядка, условия устойчивости запишутся соответственно следующим образом:

для системы имеющей НЭ с характеристикой второго порядка (т=2):

Таким образом, первое условие устойчивости: Э| > О

а, О аа

Я,=

или а)ао> О

С учетом первого условия, второе условие устойчивости: яа> О

для системы имеющей НЭ с характеристикой третьего порядка (т=3):

В результате условия устойчивости системы запишутся следующим образом: ав > 0, аг> 0, а,а2 > .

В случае невыполнения хотя бы одного из этих условий в системах с НЭ возможна генерация колебаний.

При разработке концепции информационного обеспечения системы автоматизированного синтеза нелинейных ЧЭ, наиболее важным является этап создания концептуальной модели, в основе которого лежат методы системного анализа. С помощью CASE - средства BPWin была построена концептуальная модель автоматизированной системы поиска новых технических решений с использованием паспортов нелинейных ФТЭ и нелинейных алгоритмов синтеза (рис. 12).

В системе автоматизированного синтеза нового технического решения элемента СУ последовательность процессов обработки информации при синтезе линейных и нелинейных элементов не имеет больших различий.

Рис.12 Концептуальная модель автоматизированной системы поиска новых технических решений

Однако при автоматизированном синтезе нелинейных элементов существенно различаются алгоритмы обработки информации и логика работы процессов формирования паспортов ФТЭ, проведения структурного синтеза и расчета эксплуатационных характеристик. Алгоритмы работы этих процессов, выделенных на диаграмме цветом, были переработаны с учетом особенностей, характерных для автоматизированного синтеза нелинейных элементов СУ. Анализ устойчивости и линеаризация полученных вариантов ФПД осуществляется только для вариантов ФПД, содержащих нелинейные ФТЭ.

Информационной основой автоматизированного синтеза являются три БД: + ФТЭ;

•» Конструктивные реализации;

Патенты и изобретения,

которые содержат формализованные описания ФТЭ и внутрицепных зависимостей, существующих конструктивных реализаций ФТЭ, патентов и изобретений в виде удобном для машинной обработки на ЭВМ, обеспечивая тем самым, структурный синтез, морфологический синтез, привязку технического решения к условиям эксплуатации, анализ изобретений.

Для пополнения существующего банка данных паспортами нелинейных ФТЭ необходимо провести перепроектирование существующей даталогической модели, дополнить ее данными о нелинейных ФТЭ. С этой целью была построена модель декомпозиции процесса А1-«Формирование базы ФТЭ» (рис.12), представляющая собой диаграмму потоков данных, которая описывает асинхронный процесс преобразования информации о ФТЭ, полученной от экспертов в паспорта ФТЭ, сохраняемые в хранилище данных (рис.13).

В процессе «Формирование базы ФТЭ» на основе анализа патентной, справочной и научно-технической литературы с использованием списков природ физических цепей и величин ЭИМЦ эксперт выявляет обобщенные величины и параметры, описывающие процессы в цепи определенной физической природы, а также данные, которые используются для описания рассматриваемого ФТЭ в классической форме и в соответствии с критериями ЭИМЦ.

Анализируя полученные данные, эксперт делает выбор математической модели ФТЭ (линейной или нелинейной) и разрабатывает параметрическую структурную схему, отражающую физический принцип действия ФТЭ или параметра в соответствии с критериями ЭИМЦ.

В соответствии с выбранной моделью производится определение числовых, значений коэффициентов ФТЭ и параметров. Количество коэффициентов полинома для нелинейного ФТЭ и их числовые значения определяются автоматически на основе данных измерений (если выходная характеристика ФТЭ задана таблично) или проставляются экспертом в диалоговом окне. Затем определяются значения эксплуатационных характеристик: чувствительности, надежности,

погрешности, нелинейности, зависимости выходной величины от входной величины, диапазона изменения выходной величины.

Рис.1З Диаграмма потоков данных процесса формирования базы ФТЭ

При этом чувствительность определяется автоматически как дифференциал выходной величины:

В соответствии с полученной диаграммой потоков данных проведено перепроектирование даталогической модели существующей БД ФТЭ, которая была дополнена информацией о нелинейных ФТЭ - в БД ФТЭ добавлены поля:

■» признак нелинейности — для выбора математической модели описания ФТЭ;

коэффициенты аппроксимации - для описания нелинейных зависимостей в виде степенных полиномов.

Такая модернизация БД позволила осуществлять синтез как линейных, так и нелинейных чувствительных элементов и существенно расширила возможности САПР датчиковой аппаратуры.

В четвертой главе описывается разработанное средствами СУБД VFP 6.0 программное обеспечение для синтеза ФПД нелинейных ЧЭ, которое интегрировано в существующий программно- инструментальный комплекс синтеза ФПД ЧЭ систем управления, поиска аналогов и прототипов.

Затем проводится исследование адекватности предложенных моделей нелинейных ФТЭ для синтеза элементов СУ на примере синтеза элекрического термометра с использованием в качестве первичного преобразования терморези-стивного эффекта в полупроводниках.

Известно, что у некоторых МДП транзисторов с ростом температуры наблюдается рост или уменьшение проводимости канала. Если последовательно с полевым транзистором включить резистор и пропустить через него ток, то напряжение на резисторе будет функцией температуры. Такую схему можно использовать в качестве электрического датчика температуры с чувствительностью порядка 15+20 mB/град в диапазоне температур-60 + +125оС. Однако вне данного диапазона увеличивается нелинейность зависимости U(T). Расширить линейный диапазон можно путем параллельного включения в цепь транзистора дополнительного терморезистора, с противоположным температурным коэффициентом.

Задание на синтез подобного устройства с использованием автоматизированной системы формулируется следующим образом: найти наиболее оптимальные варианты физического принципа действия электрического датчика температуры, обладающего высокой чувствительностью и быстродействием и имеющим малые габариты.

ПСС варианта ФПД одного из лучших синтезированных решений с учетом проведенной линеаризации, представленная на рис.14., соответствует приведенному выше описанию устройства - электрического датчика температуры. Это позволяет сделать вывод о работоспособности созданной подсистемы и возможности получения эффективных технических решений.

Гткс<1 1

< 1^(11,) : и.. 1 ели.) 1«

• 1 Я •

и, )

(г

1 1 1 ! е. и, '

1

1 ТКО! «

рис 14. ПСС электрического датчика температуры

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным итогом диссертационной работы является разработка математических, структурно-параметрических и энерго-информационных моделей нелинейных ФТЭ, применимых к широкому классу физических явлений и эффектов и позволяющих использовать эффективные алгоритмы автоматизированного анализа и синтеза нелинейных элементов СУ. В результате проведенных исследований создана автоматизированная подсистема анализа и синтеза нелинейных элементов СУ, интеграция которой с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний значительно увеличила функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработаны обобщенные математическая и структурно-параметрическая модели описания нелинейных ФТЭ, которые в отличие от известных моделей позволяют получить единое формализованное описание нелинейных ФТЭ и одновременно отразить структуру нелинейных физических зависимостей в ФТЭ, что делает возможным использовать эти модели в процессе автоматизированного синтеза нелинейных элементов СУ.

2. Проведена реструктуризация существующей БД ФТЭ, в которую добавлена информация о нелинейных ФТЭ. Это позволяет пополнять существующую БД паспортами нелинейных ФТЭ, что существенно расширяет возможности автоматизированной системы поиска новых технических решений при проектировании элементов систем управления.

3. Предложена методика разработки и заполнения паспорта нелинейного ФТЭ, на основе которой в БД ФТЭ добавлен ряд нелинейных ФТЭ.

4. Разработаны формализованные алгоритмы синтеза цепочек ФПД НЭ СУ и расчета их эксплуатационных характеристик, которые включены в комплекс программ для синтеза ФПД элементов СУ. Это существенно расширило объем используемых специалистами знаний и сделало процесс поиска новых технических решений более эффективным.

5. Создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать НЭ СУ на основе предложенных моделей описания нелинейных ФТЭ и разработанных алгоритмов синтеза и расчета эксплуатационных характеристик вариантов ФПД, содержащих нелинейные ФТЭ.

6. Подсистема анализа и синтеза нелинейных элементов СУ интегрирована с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний, что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Зарипов М.Ф., Ветрова А.А. О применении параметричеких стуктурных схем в разработке общих методов решения задачи анализа и синтеза нелинейных элементов // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике, медицине», Волгоград 2000 г.

2. Зарипов М.Ф., Ветрова А.А. О параметрических структурных схемах нелинейных чувствительных элементов (НЧЭ) //Автоматика и электромеханика. Сборник научных трудов -Астрахань: Изд-во АГТУ, 2002 г.

3. Ветрова А.А. Развитие аппарата параметрических структурных схем для анализа и синтеза нелинейных элементов систем управления // Материалы международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» г. Сочи 2003 г.

4. Петрова И.Ю., Ветрова А.А. Моделирование нелинейных физико-технических эффектов с использованием аппарата параметрических структурных схем. //Датчики и системы, 2003 г.

5. Петрова И.Ю., Ветрова А.А. Концептуальная модель системы автоматизированного проектирования чувствительных элементов на основе энерго -информационного метода //Датчики и системы, 2003 г.

6. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612660 от 08 декабря 2003г. «Автоматизированная система синтеза новых технических решений датчиковой аппаратуры».

Подписано в печать 12.04.2004 г. Уч.-изд, л. 1,5. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 522.

Издательский дом «Астраханский университет» 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20 Тел. (8512) 54-01-89, 54-01-87, факс (8512) 25-17-18, e-mail: asupiessfflvandex.ru

»-772 t

Содержание.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор методов анализа и синтеза нелинейных цепей различной физической природы.

1.1 Классификация нелинейных элементов систем управления.

1.2 Классификация методов расчета нелинейных электрических цепей.

1.2.1 Графические методы расчета.

1.2.1.1 Последовательное соединение нелинейных элементов.

1.2.1.2 Параллельное соединение нелинейных элементов.

1.2.1.3 Последовательно-параллельное (смешанное) соединение нелинейных элементов.

1.2.2 Аналитические методы расчета.

1.2.2.1 Метод аналитической аппроксимации.

1.2.2.2 Метод кусочно-линейной аппроксимации.

1.2.2.3 Метод линеаризации.

1.2.3 Итерационные методы расчета.

1.3 Анализ методов синтеза нелинейных элементов электрических цепей.

1.4 Синтез и расчет нелинейных цепей неэлектрической природы.

1.5 Энерго - информационный метод анализа и синтеза цепей различной физической природы.

1.6 Обзор автоматизированных систем анализа и синтеза элементов СУ на основе ЭИМЦ.

1.6.1 Автоматизированная система поиска новых технических решений «Интеллект».

1.6.2 Автоматизированная система поиска физического принципа действия ЧЭ в архитектуре «клиент-сервер».

1.6.3 Программно-инструментальный комплекс синтеза

ФПД ЧЭ систем управления, поиска аналогов и прототипов.

1.7 Выводы.

Глава 2. Математические , структурно-параметрические и энерго-информационные модели нелинейных ФТЭ.

2.1 Математическая модель для описания нелинейных ФТЭ.

2.1.1 Обоснование выбора функции для математического описания характеристик НЭ.

2.1.2 Выбор методики расчета коэффициентов аппроксимации.

2.1.3 Исследование погрешности и обоснование выбора степени аппроксимирующего полинома.

2.2 Развитие аппарата параметрических структурных схем при моделировании нелинейных ФТЭ.

2.3 Энерго-информационные модели нелинейных ФТЭ.

2.3.1 Энерго- информационная модель эффекта зависимости тока через р-п-переход от напряжения (полупроводниковый диод).

2.3.2 Энерго-информационная модель терморезистивного эффекта в полупроводниках.

2.3.3 Энерго-информационная модель эффекта зависимости сопротивления полупроводникового резистора от напряжения.

2.3.4 Энерго-информационная модель магниторезистивного эффекта в полупроводниках.

2.3.5 Энерго-информационная модель эффекта зависимости емкости р-п перехода от обратного напряжения.

2.3.6 Энерго-информационная модель туннельного эффекта в полупроводниках).

2.4 Выводы.

Глава 3. Концептуальная модель автоматизированной системы синтеза элементов СУ.

3.1 Синтез нелинейных элементов систем управления с использованием аппарата параметрических структурных схем и расчет их эксплуатационных характеристик.

3.1.1 Синтез физического принципа действия НЭ СУ, содержащих один нелинейный ФТЭ.

3.1.2 Синтез физического принципа действия НЭ СУ, содержащих несколько нелинейных ФТЭ.

3.2 Концептуальная модель системы автоматизированного проектирования нелинейных элементов на основе ЭИМЦ

3.3 Информационное обеспечение синтеза нелинейных элементов СУ.

3.4 Методика составления паспорта нелинейного ФТЭ

3.5 Выводы.

Глава 4. Исследование адекватности (применимости) моделей НЭ ФТЭ для синтеза элементов СУ.

4.1 Автоматизированная система синтеза ФПД нелинейных элементов СУ.

4.1.1 Линеаризация выходной характеристики синтезированного элемента.

4.1.2 Синтез нелинейных элементов СУ с М-образными и

Э-образными характеристиками.

4.2 Результаты тестирования автоматизированной системы синтеза ФПД нелинейных элементов СУ.

4.2.1 Синтез датчика температуры на основе терморезисторов.

4.3 Выводы.

В настоящее время, в условиях научно-технической революции, сокращения сроков морального старения изделий особенно важны требования к совершенствованию технологий производства контрольно-измерительных и преобразовательных устройств, расширению областей их применения и масштабов производства. На рис. 1 отражены тенденции развития рынка датчиков для основных секторов промышленности.

Development of the World Market for Sensors until 2008: Segmentation by Industries

Поставщики Обрабатываю Автомобиле- Самолето - и Сектор машин щая пром-ть строение корабле- строительстроение ства ытовая и Другие отрасли офисная злефоника

Рис.1. Развитие мирового рынка датчиков

Для получения наиболее эффективных новых технических решений требуется провести синтез и анализ огромного числа вариантов решений, что невозможно без применения вычислительной техники. Поэтому для сокращения времени и трудоемкости процесса поискового конструирования при синтезе новых элементов систем управления, для уменьшения их стоимости актуальной становится задача создания автоматизированных систем анализа и синтеза новых технических решений чувствительных элементов систем управления (СУ) различного назначения. Решением этой задачи занимались многие ученые: Г.С.Альтшуллер, В.М.Цуриков, В.Н.Глазунов, М.Ф.Зарипов.

И.Ю.Петрова, К.В.Кумунжиев, А.И.Половинкин, В.А.Камаев, А.М.Дворянкин, С.А.Фоменков, Филин В.А., Р.Коллер, К.Джонс и другие. Разработаны методы автоматизации поискового конструирования, лежащие в основе различных автоматизированных систем проектирования.

Для анализа и синтеза линейных чувствительных элементов существует множество методов, а использование банков данных физико-технических эффектов (ФТЭ) позволяет автоматизировать процесс поискового конструирования и существенно снизить затраты на их проектирование. В настоящее время существует несколько автоматизированных систем поиска новых технических решений, использующих различные методы поискового конструирования, и предназначенных для создания различных классов технических объектов. ФТЭ в этих системах представлены в виде моделей, которые преобразуют величину входного воздействия в выходную величину в соответствии с некоторым правилом - функцией преобразования. Такие датчики имеют ярко выраженную нелинейную выходную характеристику.

В то же время, в современных системах управления все большее применение находят различные нелинейные элементы (НЭ). Так, по данным опубликованным агенством Intechno Consulting в докладе «РЫНКИ ДАТЧИКОВ 2008: Мировой анализ и прогноз рынков датчиков до 2008 года» рынок датчиков на полупроводниковой основе вырастет с 12.6 млрд дол. в 1998 г до 21.8 млрд в 2008 г.

Для НЭ СУ функция преобразования входного воздействия в выходную величину не является линейной, т.к. в силу сложных физических процессов, происходящих в нелинейных элементах, зависит от входных и выходных величин.

Пример представленной на рис.2 классификации нелинейных элементов электрических цепей с подробным рассмотрением одного лишь класса - нелинейных неуправляемых резистивных элементов уже позволяет судить о значительном количестве НЭ и разнообразии их характеристик.

Рис.2 Классификация НЭ электрических цепей Выпрямители, модуляторы, генераторы колебаний, функциональные и параметрические преобразователи, вычислительные устройства, преобразователи неэлектрических величин в электрические -вот далеко неполный перечень устройств, в которых нелинейные явления либо используются для получения положительных эффектов, либо являются нежелательными.

Хотя разработано немало частных методов решения задач анализа и синтеза НЭ, многие вопросы остаются неразрешенными, не существует единого метода их решения и систематическому изложению вопросов синтеза НЭ посвящено небольшое количество работ. [1,2]. Трудность состоит в том, что математические модели, описывающие поведение нелинейных элементов, достаточно сложны и зачастую приводят к решению нелинейных дифференциальных уравнений, что делает их непригодными для выполнения аналитических расчетов [3].

Поэтому проблема проектирования нелинейных устройств тесно связана с проблемой математического моделирования на этапе аппроксимации функций преобразования.

Создание математических моделей, сочетающих достаточную точность с простотой математических выражений, позволит существенно упростить алгоритмы расчета и снизить затраты машинного времени при проектировании устройств.

Таким образом, актуальной становится задача формализации описания НЭ посредством таких математических моделей, которые достаточно точно описывают поведение НЭ и являются пригодными для использования в автоматизированных методах синтеза новых технических решений.

Основные выводы и заключение

Главным итогом диссертационной работы является разработка энергоинформационных моделей нелинейных ФТЭ, применимых к широкому классу физических явлений и эффектов, и алгоритмов автоматизированного анализа и синтеза нелинейных элементов СУ. В результате проведенных исследований создана автоматизированная подсистема анализа и синтеза нелинейных элементов СУ, интеграция которой с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

Основные научные и прагапческие результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработаны обобщенные энерго-информационные модели описания нелинейных ФТЭ, которые в отличие от известных моделей позволяют получить единое формализованное описание нелинейных ФТЭ и одновременно отразить структуру нелинейных физических зависимостей в ФТЭ, что делает возможным использовать эти модели в процессе автоматизированного синтеза нелинейных элементов СУ.

2. Проведена реструктуризация существующей БД ФТЭ, в которую добавлена информация о нелинейных ФТЭ. Это позволяет пополнять существующую БД паспортами нелинейных ФТЭ, что существенно расширяет возможности автоматизированной системы поиска новых технических решений при проектировании элементов систем управления.

3. Предложена методика разработки и заполнения паспорта нелинейного ФТЭ, на основе которой в БД ФТЭ добавлен ряд нелинейных ФТЭ.

4. Разработаны формализованные алгоритмы синтеза цепочек ФПД НЭ СУ и расчета их эксплуатационных характеристик, которые включены в комплекс программ для синтеза ФПД элементов СУ. Это существенно расширило объем используемых специалистами знании и сделало процесс поиска новых технических решений более эффективным.

5. Создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать НЭ СУ на основе предложенных моделей описания нелинейных ФТЭ и алгоритмов расчета эксплуатационных характеристик вариантов ФПД, содержащих нелинейные ФТЭ. Интеграция подсистемы анализа и синтеза нелинейных элементов СУ с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

1. Пивововаров Л.В. Схемные элементы для синтеза нелинейных устройств. М: Энергоатомиздат,1986. 96с

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М: Высшая школа, 1978. 536с.

3. Бочаров Е.И., Гогоберидзе Г.Б. и др. «Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника» СПб: СПбГУТСТ, 1999. 213с.

4. Зарипов М.Ф., Зайнуллин Н.Р., Петрова И.Ю. Энерго-информационный метод научно-технического творчества. Учебное пособие. М: ВНИИПИ ГКНТ СССР, 1988. 124с.

5. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи. М: Высшая школа, 1986. 352с.

6. Моругин Л.А., Бартенев Л.С., Кабанов Д.А. Вопросы синтеза нелинейных импульсных устройств. М: Советское радио, 1972. 212с.

7. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. Справочное пособие. М: Энергоатомиздат,1987. 384с.

8. Калниболотский Ю.М., Королев Ю.В. Синтез электронных схем. Киев: Вита школа, 1979. 230с.

9. Филин В.А. Синтез и расчет цепей неэлектрической природы и их практическое приложение к задачам моделирования тепловой системы гофролинии. Монография Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001.256с.

10. Зарипов М.Ф., Петрова И.Ю. Предметно-ориентированная среда для поиска новых технических решений «Интеллект». IV Санкт-Петербургская международная конференция «РИ-95». С.-Пб.,1995. с.60-61

11. П.Ануфриев Д.П. Разработка и исследование концептуальной энергоинформационной модели чувствительных элементов на цилиндрических магнитных доменах для системы автоматизированного проектирования. Автореферат кандидатской диссертации.Астрахань,1999. 20с.

12. Щербинина О.В. Синтез чувствительных элементов систем управления на основе реляционной модели организации знаний. Автореферат кандидатской диссертации. Астрахань,2001. 22с.

13. Петрова И.Ю. Энерго-информационный метод анализа и синтеза чувствительных элементов систем управления. Диссертация д-ра техн. наук. Самара: 1996,210с.

14. С. Зи Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ. М: Мир, 1984. 456с.

15. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. М: Радио и связь, 1990. 264с.

16. Пасынков В.В., Чиркин J1.K., Шинков А.Д. Полупроводниковые приборы. М: Высшая школа, 1981. 431с.

17. Хомерики O.K. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. М: Энергоатомиздат, 1986.182с.

18. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков H.A., Полупроводниковые приборы. М: Энергоатомиздат, 1990. 576с.

19. Изюмов Н.М., Линде Д.П. Основы радиотехники. М: Радио и связь, 1983. 376с. 20.3убинский А. Идеи и судьбы (Судьба «Изобретающей машины»).

20. Компьютерное обозрение. 1998. №7 с. 166.

21. Алейников А.Ф. Методика структурного синтеза принципов действия датчиков. Датчики и системы. 1999 №2 с.23-27.

22. Техническое творчество: теория, методология, практика. Энциклопедический словарь-справочник./ Под ред. А.И. Половинкина, В.В. Попова. М: НПО «Информ-система»,1995. 408с.

23. Фоменков С.А., Гришин В.А., Камаев В.А. Представление и использование физических знаний при поисковом конструировании изделий машиностроения. Волгоград.-ВолгГТУ, 1994.

24. Представление физических знаний для автоматизированных систем обработки информации: Монография/С.А.Фоменков, A.B. Петрухин, В.А. Камаев. Д.А.Давыдов. Волгоград: ТОО «Принт», 1998. 152с.

25. Фоменков С.А. Представление физических знаний в форме физических эффектов для автоматизированных систем обработки информации. Автореферат докторской диссертации. Волгоград, 2000. 42с.

26. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. М: Мир, 1989. 196с.

27. Боднер В. А., Алферов A.B. Измерительные приборы (теория, расчет, проектирование) 2т. М: изд-во стандартов, 1986. 224с.

28. Ярышев H.A. Теоретические основы измерения нестационарной температуры . JI: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние, 1990. 256с.

29. Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М: Энергоатомиздат, 1987. 392с.

30. Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М: Энергия, 1976. 392с.

31. Калинин H.H., Скибинский Г.Л., Новиков П.П. Электрорадиоматериалы. М: Высшая школа, 1981. 293с.

32. Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. М: Высшая школа,1972. 392с.

33. ЗЗ.Зарипов М.Ф., Сулейманов Н.Т., Петрова И.Ю. Надежность элементов и средств управления с распределенными параметрами. М: Наука, 1980.152с.

34. Карпов Е.А., Марунчак Л.В., Рядинских A.C. Синтез нелинейных преобразователей. М: Энергоатомиздат, 1986. 136с.

35. Карпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. М: Радио и связь,1985. 208с.

36. Левинштейн М.Е., Пожела Ю.К., Шур М.С. Эффект Ганна. М: Советское радио,1975. 288с.

37. Стриха В.И., Бузанева Е.В., Радзиевский И.А. Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки (физика, технология, применение) М: Советское радио, 1974. 248с.

38. Справочник по средствам автоматики /Под ред. В.Э Низэ,И.В. Антика. М: Энергоатомиздат, 1983.504с.

39. Иващенко H.H. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М: Машиностроение, 1973. 606с.

40. Лунеев Д.Е. Основы автоматики и автоматизация производства ira предприятиях и судах рыбной промышленности. М: Агропромиздат,1991. 303с.

41. Бонкарев Ю.М. Технологии производства датчиков XXI века.Приборы п системы управления. 1991. №1 с.23-24.

42. Розенблат М.А. Новые достижения и напрвления в развитии магнитных датчиков. Приборы и системы управления. 1996. № 9 с.42-50.

43. Григорьев О.П. и др. «Диоды. Справочник» М. .:Радио и связь, 1990.

44. Краснов М.Г. Повышение точности измерений индукции в широком диапазоне температур с помощью преобразователей Холла. Приборы и системы управления. 1996. №2 с.39-41.

45. Глазунов В.Н. и др. Экспертная система «Эдисон».Инструкция пользователя, версия 4.Москва, 1991. 123с.

46. Альтшуллер Г.С. Творчество как точная наука. М: Советское радио,1979.184с.

47. Калянов Г.Н. CASE структурный системный анализ (автоматизация и применение). М: Издательство «Лори», 1996. 242с.

48. Barker R. CASE*Method. Entity-Relationship Modeling. N.Y.: Addition-Wesley Publishing Company, 1991.

49. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных. Пер. с англ. К.,М.,СГ1б.: Издательский дом «Вильяме», 1999.

50. Лаптев В.В. Автоматизация синтеза структурных схем чувствительных элементов систем управления на основе энерго-информационной модели. Кандидатская диссертация. Астрахань, 1997.145с.

51. Рейнгольд Э., Нивергельт Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория п практика.М: Мир, 1980. 478с.

52. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. Пер. с англ. М: Мир, 1979.535с. ,

53. Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи.Пср.с англ. М: Мир, 1982.416с.

54. Кандырин Ю.В., Шкурина Г.Л. Процедуры генерации и выбора при проектировании технических объектов. Волгоград: ВолгГТУ,1999. 84с.

55. Костерин В.В. Оптимизация технических систем и устройств. Волгоград: ВолгГТУ,1996. 160с.

56. Хомоненко А.Д., Цыганков В.М., Мальцев М.Г. Базы данных. СПб: КОРОНА принт,2000.

57. Хансен Г., Хансен Д., Базы данных: разработка и управление: Пер. с англ. М:ЗАО «Издательство БИНОМ», 1999.

58. Подлипенский B.C., Сабинин Ю.А., Юрчук Л.Ю. Элементы и устройства автоматики. СПб: Политехника. 1995. 472с.

59. Численные методы / И.И. Данилина и др. М.: Высшая школа, 1976.-368 с.

60. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970. -432с.

61. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978.-512 с.

62. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырский П.И. Вычислительные методы. Т. 1. -М.: Наука, 1976.-302 с.

63. Васильков Ю.В., Боровков A.B. Электронный учебник по численным методам оптимизации. РосАПО№ 960181 20.05.96.

64. Воробьев Г.Н., Данилова А.Н. Практикум по численшлм методам. М.: Высшая школа, 1979.- 184 с.

65. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1973. - 630 с.

66. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. -М.: Мир, 1975. -536 с.

67. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов. радио, 1980.-230 с.

68. Форсайт Дмс; Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений / Пер. с англ. Х.Д. Икрамова. М.:Мир, 1980.-280 с.

69. Додж М., Кината К., Стинсон К. Эффективная работа с Excel 7.0 для Windows 95. С.-Петербург: Питер Пресс, 1997. - 1031 с.

70. Долголаптев В.Г. Работа в Excel 7.0 для Windows 95 на примерах. -М.: Бином, 1995.-384 с.

71. Николь Н., Албрехт Р. Электронные таблицы Excel 5.0 для квалифицированных пользователей: Пер. с нем. М., 1995. - 304 с.

72. Карлберг К. Excel для Windows в вопросах и ответах. — С.-Петербург, 1995. -416 с.

73. Курицкий Б. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0. СПб.: ВИУ -С.-Петербург, 1997. 384 с.

74. Очков В. Ф. Matead 8.0 Pro для студентов и инженеров. М.: КомпьютерПресс. 1999.

75. Плис А.И., Сливина Н.А. Matead: математический практикум. -М.: Финансы и статистика, 1999. 655 с.

76. Matead 6.0 Plus. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95: Пер. с англ. М.: Филинъ, 1996. - 712 с.

77. Очков В. Ф. Matead 7.0 Pro для студентов и инженеров. М.: Компьютер Пресс. 1998.-384 с.

78. Дьяконов В.П. Справочник Matead Plus6.0. М.: СК Пресс, 1997.-336 с.

79. Дьяконов В.П. Справочник по Matead Plus 7.0 PRO. М.: СК Пресс, 1998.-352 с.

80. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Matead 7 в математике, физике и в Internet. М.: Нолидж, 1998. 352 с.

81. Потемкин В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: В 2-х т.- М.: Диалог-МИФИ, 1999. Т. 1 - 366 е.; Т. 2 - 304 с.

82. Потемкин В.Г. Система MATLAB. Справочное пособие. М. :Диалог-МИФИ. 1997.-350 с.

83. Потемкин В.Г. MATLAB 5 для студентов. Справочное пособие. -М.: Диалог-МИФИ, 1998.-314 с.

84. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Введение в Maple. Математический пакет для всех. М.: Мир, 1997. - 208 с.

85. Прохоров Г.В., Леденев М.А., Колбеев В.В. Пакет символьных вычислений Maple V. М.: Компания "Петит", 1997. - 200 с.

86. Прохоров Г.В. и др. Математический пакет Maple V Releaze 4: Руководство пользователя / Г.В. Прохоров, К.И. Желнов, М.А. Леденев. Калуга: Облиздат, 1998.-200 с.

87. Манзон Б.М. Maple V Power Edition. М.: Филинъ, 1998. - 240 с.

88. Дьяконов В.П. Математическая система Maple V R3/R4/R5. — М.: Солон. 1998.-400 с.

89. Аладьев В.З; Шишаков МЛ. Введение в среду пакета Mathematica 2.2. М.: Филинъ, 1997.-368 с.

90. Дьяконов В.П. Системы символьной математики Mathematica 2 и Mathematica 3. Справочное издание. -М.: СК ПРЕСС, 1998. 328 с.

91. Боровиков В.П., Боровиков И.П. Statistica — Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Филинъ, 1997. -608с.

92. Боровиков В.П. Популярное введение в программу Statistica. -М.: Компьютер Пресс, 1998.-267 с.

93. Дьяконов В.П. Жемчужина символьной математики. Монитор-Аспект. - 1993.-№2.