автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Математическое и программное обеспечение адаптивной подсистемы схемотехнического моделирования нелинейных радиотехнических устройств

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫШЕЙ ШСОЛЕ

' МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЕШЩЩЗЕ

На правах рукописи

КАЛЯГИНА Любовь Александровна.

УДК 681.3.Ов:631.ззв.а

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АДАПТИВНОЙ ПОДСИСТЕМЫ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Специальность оз. 13.12 - Системы автоматизации проектирования

в радиотехнике и электронике

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА Издательство МАИ

1992

Работа шпалнена во Владимирском политехническом институте

Научный руководитель - д- т- н- . проф- Ильин & Н-

Сфицнальнне оппоненты: д-т-н-. проф. Архангельский А-Я.

к- т- н- . с- н- с- Седлецкнй & & Ведущая организация - ЦНИИ "Гранит"

Защита состоится "_"__1991 г- в_часов

на заседании специализированного Совета Д- 053.18.01 в Московском авиационном институте по адресу : Волоколамское шоссе. 4. С диссертацией нокно ознакомиться в библиотеке МАИ-

Автореферат разослан "_"_1991 г/

Ученый секретарь у / :

специализированного Совета ®едотов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш- Автоматизация различных этапов проектирования радиотехнических устройств РТУ является одним из основных средств повышения качества и сокращения сроков разработки новых изделий- Актуальность этого научно-технического направления растет в связи с постоянно возрастающей сложностью разрабатываемых устройств» поашпакщнмися требованиями к из качеству, трудностями проектирования и анализа РТУ- Все ото в первую очередь относится к проектированию нелинейных радио технических устройств сНРТЗЪ. таких как смесители, умножители частоты, усилители мощности и др. Общей тенденцией развития НРТУ является их усложнение, расширение объема выполняемых пни функций, работа в широком диапазоне частот и амплитуд сигналов, применение более сложных схемных, решений, новых типов нелинейных элементов, все более широкое использование СВЧ-диапазона- Процесс проектирования НРТУ требует обязательного применения ЭВМ и средств автоматизированного проектирования- Эксплуатируете в составе САПР РТУ многочисленные отечественные и зарубежные системы автоматизированного схемотехнического моделирования сАСхй> неполностью удовлетворяют требованиям пользователей систем- Основными недостатками систем моделирования являются-- требование высокой квалификации пользователей в области автоматизированного проектирования;

- недостаточное методическое обеспечение систем АСхИ;

- невысокая алгоритмическая надежность программного обеспечения <П№-

Актуальной является задача поввшения качества систем АСхМ и эффективности их использования путем использования знаний и опыта разработчиков систем АП в процессе проектирования, улучшения сервисных характеристик САПР <■ адаптация к уровню квалификации пользователя. возможность обучения пользователей, диагностика нештатных ситуаций и т- д- 5.

При разработке и эксплуатации систем АСхМ НРТУ необходимо учитывать особенности моделирования нелинейных устройств. Для обеспечения надежности проектирования широкого класса НРТУ системы АСхМ должны иметь несколько методов и алгоритмов, т- к- каждый из них имеет свою область применения, зависящую от особенностей конкретной задачи- Результаты анализа, точность и достоверность

з

результатов зависят от метода анализа и параметров метода- Часто решение следует искать двумя и более методами для контроля правильности результатов моделирования и для выявления дополнительных аффектов исследуемого процесса- Это приводит к более высоким требованиям к организации ПО и всего процесса моделирования НРТ7-

Цель работы и задачи исследовании- Целью диссертационной работы является исследование и развитие методов повышения эффективности применения систем автоматизированного моделирования и разработка на основе этих методов математического и программного обеспечения подсистемы схемотехнического моделирования нелинейных радиотехнических устройств-

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи--

1- Исследование характеристик систем автоматизированного схемотехнического моделирования нелинейных радиотехнических устройств» факторов, влняшцих на качество функционирования систем АСхМ к результаты анализа. Исследование методов улучшения характеристик процесса моделирования.

2. Разработка формализованного представления процесса автоматизированного моделирования и методов обработки полученной модели- Разработка методики представления знаний о ходе АСхМ в виде формальных моделей-

3. Разработка модели представления знаний в задаче выбора метода анализа нелинейных критериев РТУ н принципов построения системы логического вывода.

4. Разработка структуры н критериев адаптивного алгоритма анализа НРТУ.

з. Разработка алгоритмов н программного обеспечения предложенных методов- Исследование эффективности адаптивной подсистемы автоматизированного схемотехнического моделирования НРТУ-

Научная новизна работы- Ноше научные результаты, полученные в работе состоят в следукщем:

1 • Предложена методика формирования маршрута проектирования в системах АСхМ в виде семантической сети, учитывающая возможность прерывания нормального хода проектирования из-за отказов программного обеспечения или несоответствия характеристик устройства требованиям задания-

2. Разработаны" специализированные структуры фреймовых моде-

лей представления знаний с присоединенными продукциями для описания процесса проектирования в ходе выполнения отдельной проектной процедур!-

3. Предложена модель представления знаний в задаче шбора метода анализа НРТУ. Разработана интеллектуальная система решения задач диагностики» учитывающая неполноту и недостоверность фактов, используемых для вывода- '

4. Предложены и реализованы принципы организации и критерии адаптации математического и программного обеспечения систем АСхМ НРТУ. обеспечиващяе повышение надежности получения достоверных результатов и упрощение работа с системой-

з. Предложена структура системы моделирования НРТУ. управляемой знаниями- Разработаны принципы функционирования систем АСхМ НРТУ-

Практическая ценность работы заключается в разработке методик представления знании по методам и приемам автоматизированного моделирования в виде формальных моделей знаний- Использование формальных моделей знаний позволяет накапливать и систематизировать знания по методологии автоматизированного проектирования, применять их для обучения пользователей- Разработанные механизмы применения знаний в ходе моделирования позволяют снизить требования к квалификации пользователей систем АСхИ- Адаптивный алгоритм анализа нелинейных свойств НРТУ обеспечивает повышение надежности получения результата при уменьшении участия пользователя в ходе моделирования-

Разработанное информационное и программное обеспечение систем АСхМ позволяет сократить временные и материальные затраты при проектировании НРТУ.

Модель представления знаний и система логического вывода для решения задач диагностики облагает инвариантностью к предметной области и может быть использована в других приложениях-

Реализация и внедрение результатов работы- Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проводимой во Владимирском политехническом институте в рамках хоздоговорных НИР. договоров о сотрудничестве с рядом научно-исследовательских и промышленных организаций страны - НПО "АСТРА".ЙЮ "ПОЛЕТ"» Вор-НШсвязи. ГНЙШ1. НИИ Приборостроения и др. Разработаны программное обеспечение подсистемы схемотехнического моделирования

з

ПСП-ПК. методика формирования баз знаний автоматизированного моделирования- Результаты работы внедрены или переданы для внедрения на предприятия н организации, занимающиеся разработкой элементов и узлов связной аппаратуры сМНИРТИ. ЛНЙРТИ. НПО "Гранит". НПО "Авангард" и др-5. используется в учебном процессе кафедра ВТ к САПР Вой динирского политехнического института-

На защиту выносятся следующие основные научные и практические результаты =

1. Способ формализованного ¡представления знаний по организации процесса автоматизированного моделирования в виде иерархических моделей знаний и методика формирования базы знаний системы моделирования.

г. Модель представления знаний в задачах диагностики и методика формирования базы знаний в системе выбора метода анализа-

э. Адаптивный алгоритм анализа нелинейных свойств НРТУ. объе-дннящий набор методов анализа НРТУ. критерии адаптации спектральных методов анализа НРТУ-

s. Структура и принцип построения системы АСхМ-е. Алгоритмы и программное обеспечение адаптивной подсистемы АСхМ НРТУ-

Апробация работы. Основные научные результаты и полоаения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции "Проблемная адаптация алгоритмического и информационного обеспечения САПР' с г. Киев. 1997. 1S88, iooo. 1S91, 1892 г- г-э , Всесоюзной школе-семинаре "Организационно-экономические вопросы создания вычислительных комплексов и систем" с г-Москва, юаа г- э . Республиканской конференции "Опыт разработки и внедрения фильтров и корректоров в аналоговые и цифровые системы передачи" с г. Одесса, iso8 г- э , семинаре Научного совета АН УССР по теоретической электротехнике и электронному моделировании с г- Киев. less р.з,ХХи Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития техники радиовещательного приема. радиовещания, звукоусиления и акустики'1 с г-Ленинград, issa г-э. Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация исследования. проектирования н испытания сложных технических систем" с г-Калуга. 1989 г-Э . Всесоюзном совещании-семинаре "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной, техники на базе высокопроизводительных мини- и микроЭВМ" с г. Воронеж, а ess г- э. Республиканском совещаний "Численные методы и средства проектирования в

и испытания элементов твердотельной электроники" с г. Таллинн. 198Эг-Э. Всесоюзном семинаре "Автоматизация проектирования в радиоэлектронике и вычислительной технике" с г-Москва. 1ээо г-э. Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых и специалистов "САПР-©о" сКрымская обл-. 199о г-}. совещании-семинаре "Автоматизация моделирования нелинейных радиотехнических устройств" с г- Горький. 1эйо г-З. Всесоюзной межотраслевой научно-технической конференции "САПР приборов и агрегатов" с г. Суздаль.19Э1 р. э . научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Владимирского политехнического института 1087-1оэг г- г- ,

Публикации по работе- По теме диссертации опубликовано 13 работ- Материалы отражены в * научно-технических отчетах по НИР-

Структура работа- Диссертация состоит из введения, пяти глав.заключения, списка литературы и приложений- Общий объем диссертации - 185 страниц, в тон числе юв страниц основного текста. 13 страниц сггасна литературы с ггг наименований*. 46 страниц -рисунки и таблицы, го страниц - приложения-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, представлена краткая аннотация содержания и основные результата работы-

Первад глава диссертации посвящена анализу процесса автоматизированного моделирования РТУ. Рассматриваются характеристики составляющих процесса моделирования-- объекта моделирования, средства моделирования с системы АСхН> и субьекта проектирования с разработчика РТУ.пользователя система?, их влияние на конечные результаты проектирования- Показано, что ери условии соответствия функциональных возможностей системы моделирования требованиям технического задания результаты анализа во многом зависят от квалификации пользователя и его опыта работы с системой моделирования, знаний и приемов, которнми обладает пользователь, т- е- применяемой методологией автоматизированного проектирования. Рассмотрены особенности систем АСхИ "РТУ - использование большого числа методов анализа, зависимость результатов анализа от выбора метода и его параметров-Определены требования к организации и надежности ПО АСхМ »РТУ-

Для наиболее полного использования теоретического и практи-

7

- веского потенциала САПР необходимо изменение качественных характеристик систем, реиенне таких задач . как снижение требований к квалификации пользователей САПР. > улучшение сервисных характеристик и надежности программ анализа- Рассматривается возможность использования методов проблемной адаптации и искусственного интеллекта для решения поставленной задачи-

Принципы проблемой адаптации предложены проф. В- П- Сигорскни и заключаются в способности системы проектирования приспосабливаться к специфическим свойствам решаемой задачи путем автоыатн-. ческой настройки структуры и состава ПО на основе априорной информации. вводимой в систему извне и апостериорной информации, формирующейся в процессе решения задачи- Применение методов проблемной . адаптации предполагает наличие нескольких альтернативных вариантов решения задачи- Варианты различаются методом с алгоритмов решения или значениями параметров- Е&бор варианта осуществляется по критериям- В главе приведен обзор применения методов проблемной адаптации для анализа РТУ- наиболшее применение методы адаптации нашли в алгоритмах численного анализа- Показано, что применение идей проблемной адаптации актуально при анализе нРГУ. т- к- объективно, в силу особенностей функционирования и моделирования нРТУ. для их анализа применяется несколько методов., которые в ряде случаев являются альтернатнвншга- Разработка адаптивных алгоритмов, критериев выбора метода и оценки результатов анализа НРТУ являются одним из вариантов повышения алгоритмической надежности программ анализа нРГУ.

Методы искусственного интеллекта сИИ> позволяют решать определенный класс информационных задач, решение которых другими способами затруднительно или невозможно- Для згнх задач характерны неоднозначность, неполнота, противоречивость, недостаточная достоверность данных и знании о предметной области и решаемой задаче, большая размерность пространства решения, динамически меняющиеся данные и звания- Рассматриваются примеры применения теории йй в САПР РЗА - экспертные системы, предназначенные для синтеза базового варианта принципиальной схемы, системы, выполняющие роль ннтел-" лектуального интерфейса между пользователем в САПР-

Анализ процесса АСхН нРТУ позволяет выделить задачи, которые могут быть решены методами ИИ; организация процесса проектирования 'савтоматическое планирование действий^ . адаптация к задаче и т-д. 8

Сделан вывод, что эффективность систем АСхМ можно повысить при использовании методов проблемной адаптации н ИИ- Обобщая сущность этих методов, можно сказать, что они являются методами адаптации» которая в зависимости от характера информационна процессов осуществляется тем или другим методом- Для наиболее полного учета особенностей моделирования нрТУ при создании систем АСхМ необходимо комплексное использование методов проблемной адаптации и ИИ-

Во второй главе разработана модель процесса автоматизированного схемотехнического моделирования- Сформулированы задачи, которые необходимо решать для применения методов работы со знаниями в САПР:

- определить место интеллектуальных процедур в процессе автоматизированного проектирования;

- определить систему понятий» опнсыважщих предметную область с автоматизированное проектирование^;

- разработать систему формальных моделей, описывающих систему понятий предметной области;

- описать понятия предметной области в системе формальных моделей;

- разработать методы обработки формальных моделей знаний;

- определить способ взаимодействия САПР и интеллектуальных процедур-

В диссертации показано, что одна из проблем, которые могут быть решены методами Ш - организация процесса моделирования. Предложена иерархическая модель процесса АСхМ - на уровне формирования маршрута моделирования и реализации отдельных проектных операций. Показано» что в ходе АСхМ возникает проблема формирования маршрута моделирования» которая может рассматриваться как задача планирования действий- Проанализированы различные модели для решения задач планирования, выбрана модель в виде семантической сети. Семантическая сеть формально задается в виде н =<1. с1, сз. ... Г> . Здесь I есть множество информационных единиц. Си Сз. ... - множество типов связей между информационными единицами- Отражение Г задает между информационными единицами, входящими в I. связи из заданного набора типов связей. Основные понятия АСхМ < объекты? в данном рассмотрении - цели моделирования, шаги и результаты моделирования - являются вершинами сети- Дуги между вершинами отражают связи» существующие между различными понятиями-

Выбор подобного представления определен следующими факторами

- возможность непосредственного использования основных понятий процесса моделирования;

- явное задание отношений между основными понятиями процесса моделирования;

- цроотота представления и возможность добавления состояний системы;

- наглядность представления процесса моделирования и возможность его использования для обучения-

Разработанная модель включает типовой маршрут для каждой цели моделирования и прерывания вычислительного процесса из-за ошибок ПО или несоответствия результатов моделирования требованиям технического задания- Ограничения модели;

- все цели моделирования доданы быть определены на этапе фор нирования базы знаний;

- совпадающие участки типовых маршрутов для различных целей должны содержать одну начальную вершину "шаг";

- система обрабатывает только известные, записанные в базу знаний ситуации в ходе моделирования-

Следующим уровнем детализации процесса моделирования является шаг маршрута моделирования- Обычно существует несколько вариая тов проведения шага моделирования, различающиеся методом анализа или параметрами метода- В качестве модели нижнего уровня предложе но использовать представление в виде фрейма- Разработана структур; фрейма, позволяющая полностью описать вариант выполнения шага моделирования и содержащая информацию о методе анализа с исходных данных^ и выходном состоянии системы- Всю совокупность возможных 1 вариантов выполнения шага описывает набор фреймов-Предложено несколько вариантов выбора последовательности активизации фреймов, включал простой перебор при небольшом числе фреймов и использование специальной процедуры выбора, разработанной в гл-З.

В главе разработана методика формирования базы знаний и алгоритм обработки формальных моделей-

Разработана структура системы моделирования, включающая блок анализа, интеллектуальный интерфейс и базу знаний-

Третья глава диссертации посвящена разработке интеллектуальной системы выбора метода анализа нелинейных свойств РТУ- В силу особенностей функционирования нрТУ и сложности их единообразного моделирования в программах анализа системы АСхМ включают обычно набор методов анализа нрТУ- Каждый из этих методов имеет свою об-ю

тасть применения. Гранины применения нетолов нечеткие, частично 1ерекрнваются у разных методов- При использовании в одной прог->амме нескольких методов анализа результаты анализа и эффектив-юсть ПО во многом определяется применяемым для данной задачи методом решения- Разработчики методов- и программ анализа естественно сорошо знают их свойства и условия их применения, но возникают оц-»еделенные затруднения при передаче ныешцихся у них знаний пользователям- неизбежные потери знаний.которые возникают при использо->ашга традиционных способов их передачи ¿инструкции, обмен опытом? ¡рнводят к снижению эффективности систем моделирования-

Задача выбора наиболее приемлемого для данных условий метода лализа в первом приближении относится к задачам диагностического ила- Для решения этой задачи в диссертации предложено использо-ать подход, основанный на методе логического вывода с использова-:иен правила Вайеса-

Возможность выбора некоторого метода анализа .как наиболее риемлемого .рассматривается как гипотеза с некоторой заданной эк-пертом априорной вероятностью- Предполагается, что существует не-огорая совокупность данных, называемых свидетельствами, которые пределяются как параметры анализируемого устройства и влияют на ыбор того или иного метода анализа- Могут быть установлены правила ценивания свидетельств, отображшздие множество допустимых значений аадого свидетельства на отрезок с0.1э таким образом.что значение рассматривается как свидетельство "за" применение данной гипоте-ы. значение о - "против" .а,промежуточные значения соответствуют ром ежу точной степени свидетельства между "за" и "против".

Для каждого свидетельства в отношении каждой гипотезы эксперт алает еще две вероятности - вероятность свидетельства "за" и эроятность свидетельства "против" при условии выполнения апотезы-

на основании перечисленных данных по правилу Байеса можно оп-зделить апостериорные вероятности всех гипотез, учитывающие конфетные значения сообщаемых системе свидетельств. Анализ ало=терянных вероятностей гипотез позволяет сделать вывод о наиболее при-.мемой. что и решет задачу выбора метода анализа-

Для учета ненадежности используемых для вывода свидетельств диссертации используется субъективный байесовский метод-

Наиболее существенные особенности организации и функциош вания разработанной программы заключаются в следующем :

х- Кроме основных можно задавать промежуточные гипотезы < вилаэ.что позволяет вводить выражаемую ими систему понятий - 3' упрощает создание базы знаний и уменьшает ее объем-

2. Предусмотрена возможность арифметико-логической обраб( вводимых в систему значений свидетельств и вероятностей, форм] еных на их основе- В отношении вероятностей реализованы стандаг операции нечеткой логики И. ИЛИ. НЕ.

3. Реализовано шесть стандартных правил оценивания значен свидетельств или значений, получаемых на их основе-

Предусмотрена возможность подключения подпрограмм для лизапии нестандартных операций н правил оценивания-

з. Порядок выполнения операций задается с помощью бинарш деревьев- Их корневые узлы соответствуют гипотезам, листья - г меннын. остальные узлы называются операциовншга и соответствуют правилам вывода- База знаний содержит кодированное представлеЕ деревьев. Их узлы включают вероятности, коды операций, указате связей и т- д-

е. Порядок ввода значений свидетельств определяется проце; прохождения бинарных деревьев- Ввод выполняется под управление "узла-переменной" в режиме диалога.

7. После ввода каждого свидетельства выполняется "расчет ^ ревьев" - прохождение деревьев с выполнением операций, задаваем их операционными уздами для вычисления апостериорных вероятное всех гипотез.

Разработана методика представления знаний но процедуре выС метода анализа;

1. Для каждого нетода анализа, которые в терминах систеш зываются гипотезами, определить показатели с свидетельства?. вл щие на выбор метода.

г. Определить функции оценивания значения каждого свидет* тва и параметры функции оценивания-

3. Определить характер влияния каждого свидетельства на г тверждение данной гипотезы.

4. Определить априорные вероятности для каждой гипотезы-з. Для свидетельств-аргументов байесовской функции задали

р+ и р~ -12

6. Разработать .при необходимости, спецфункции. V. Составить и закодировать дерево вывода-Основная трудность при формировании базы знаний связана с оп-лениеи априорных вероятностей гипотез и свидетельств. Так как ¡зультате работы системы необходимо получить не точное значение »ятности применения того или иного метода.»а лишь качественную псу по использовании методов, при выборе значений априорных нежностей рекомендовано пользоваться приближенной методикой, ос-шной на положении, что гипотезы с методы анализа) составляют гуа группу событий-

В работе приведен пример формирования базы знаний системы эра метода анализа нелинейных свойств усилителей-

В четвертой главе разработаны принципы организации и струк-1 адаптивного алгоритма анализа нелинейных свойств НРТУ-

Нак указывалось ранее, основной особенностью моделирования 7 является очень большое количество возможных методов анализа, азано. что выбор метода анализа только на основе априорной ин~ мации часто не дает желаемого результата, либо малоэффективен вычислительным затратам, т- к- некоторые особенности задачи оп-еляются в ходе решения или даже после его окончания. Зффектив-у и надежному использовании ПО систем АСхМ НРТУ способствует менение идей проблемной адаптации- Разработаны и реализованы дукедде основные принципы; организация набора альтернативных Граниных модулей с различными ограничениями и возмоаностями; тройка модулей на параметры решаемой задачи; выбор в качестве ¡ального наиболее быстрого метода анализа, а при неудачном шш шределеннои результате переход на более надежные, но более мед-шые методы; иерархическое построение моделей компонентов; наст-¡ка структура ПО на вычислительную среду; улучшенная диагностика ¡фликтных ситуаций и неудач-

В главе разработана структура адаптивного алгоритма анализа шнейных свойств НРТУ- Рассмотрена реализация идей проблемной штации в подсистеме схемотехнического моделирования ПСИ-ПК- В шстве альтернативных разработаны следующие три основных модуля;

- модуль, использущнй в своей основе методы анализа во врезной области с определением спектра отклика в установившемся нме;

- модуль.. нспользукщкй в своей основе аппарат функционалышх

13

рядов Водьтерра и его модификации;

- модуль» использующий методы решения уравнений баланса н больших уровнях сигналов в спектральной области-

Каждый из этих модулей реализован в виде универсального а ритма» в котором выбор конкретного маршрута анализа проводится тем настройки с по критериям адаптации? на задачу по исходным д ным» по информации в процессе решения и по результатам предаяу расчетов-

Для контроля хода проектирования и результатов анализа оц деяяется значение ключа завершения работы модуля» К = i - получ надежная сходимость решения, анализ следует завершить; К = а -получена ненадежная сходимость с неопределенный результат?. реж следует уточнить али проверить другими методами; К = з - сходим отсутствует, необходимо проводить расчет другими методами- Для ределения значения ключа завершения разработаны апостериорные ; терни адаптации основных расчетных модулей-

Метод анализа с использованием функциональных рядов Вольи является достаточно быстрым, но не очень надежным, т- к- ряды схо ся только при малых уровнях сигналов- Для оценки достоверности лученных результатов необходимо определять сходимость рядов по каждой спектральной составляющей- Для этого предложено использо; критерии вида

l"sicvl 4г I H4iC2VI

Яц = 1-"эх—-"I-ивх

а11 н^с^з а21 i н01с2г,5

311 I "" "21 1

4а ! HsicsW

^31= -ивх-

а31 { н^са^-г^!

Здесь Н^с*^. - -э - передаточная функция ряда Водьтерра п-го порядка да 1-го нелинейного элемента ; и -амплитуда входного воздействия; а^- численные коэффициенты, ощ деляезше порядком комбинационных составлякщих. Ключ завершения модуля ФРВ Ефрв определяется по значениям критериев х. Ег1. ..

В этой главе рассматриваются особенности реализации методе на основе решений уравнений гармонического баланса для многочг

14

ного входного сигнала.

Уравнения ГБ имеют очень большую размерность, определяемую лом нелинейных элементов и числом учитываемых членов обобщен-'О ряда Фурье сОШ> при аппроксимации токов и напряжений на неживых элементах. При использовании для решения уравнений ГБ рационного метода Ньютона существенной становится проблема вы-а начального приближения- Для улучшения сходимости в работе доюзен следующий алгоритм- Однократное решение системы,, уравне-[ ГБ заменяется серией решений- Ищется решение системы v срз для меньшего порядка Р=Вп1п аппроксимации напряжений на нелинейных ¡ментах- Это позволяет максимально сократить размерность системы

мнений- Полученный в результате этого вектор V уточняется про-сурой Ньютона, а затем используется в качестве начального прибли-шя для метода Ньютона при значении Р. увеличенном на 1- Новые ф£ициенты ряда Фурье, появляющиеся в векторе V, принимаются рами нули- Процесс последовательного увеличения Р заканчивается [ Р = ртах, где Ртах - заданный максимальный порядок учитываемых 1бкнационных составляющих, обеспечивающий требуемую точность их »деления на основании разложения в ОРФ- На каждой итерации Нгкг а необходимо контролировать не только сходимость итерационного щесса. но и точность определения токов и напряжений, для чего ¡меняются следующие критерии- Коэффициента разложения в ОРф тока >ез нелинейный элемент не должны превышать максимально возмояно-тока в реальных активных приборах 1тах. При ^ > 1[пах или > 1тлхмпя любого 1-го элемента н к-й комбинационной составянщен са необходимо увеличить точность аппроксимации путем увеличения уга. учитываемых членов 0Р9> и числа точек аппроксимации мгновен-с значений тока- При нахождении решения при Р=Впах оценивается ссинальная среднеквадратичная ошибка расчетов токов через нелишни элемент по выражении

вычисляется относительная ошибка для всех комбинационных состав-шщх- Если относительная ошибка болше допустимого значения, то кчение порядка увеличивается на 1 ■ Если Р меньше максимально до-:тимого порядка комбинационных составляющих для заданного числа

тах

/

о

к=М*1

нелинейных элементов и входных частот, то решение повторяете/ достижения заданной погрешности вычисления токов, ключу заве! присваивается значение если невозможно увеличить порядок I национных составляющих, то значение ключа равно 2.

В главе представлен адаптивный алгоритм анализа методом моничеокого баланса-

Пятая глава посвящена описанию структуры подсистемы АСхЬ ПСП-ПК. предназначенной для моделирования широкого класса нелв них радиотехнических устройств- ПО комплекса ПСП-ПК представл собой набор загрузочных модулей и фаллов базы данных и баз зв функционирующих в среде мз-еюб для персональных ЭВЙ. совмести» 1вм рс, занимает в МБайт дисковой памяти и требует 540 КБан оперативной памяти-

Рассматривается обобщенный алгоритм анализа НРТ7 с помои системы ПЯНШ-На примере анализа простого усилительного касю показаны возможности использования разработанных моделей пред вления знании по методологии автоматизированного моделирована приведены примеры всех информационных структур; функционально ти. фреймов, процедур. На примере анализа простого усилителя следован адаптивный алгоритм анализа нелинейных свойств НРТУ. казано.что адаптивный алгоритм позволяет получать результаты ( ивысшей точностью, которую обеспечивают реализованные в систем* тоды анализа при снижении требований к квалификации пользоват< системы- *

В главе приведены многочисленные результаты моделирование практических схем радиотехнических устройств как с сосредоточь ными. так и распределенными сна базе минрополосковых лнни®> па] метранЕ.реализованными на активных приборах нескольких типов.] ботаыщих в различных частотных диапазонах при варьировании па$ метров входных сигналов с амплитуда и частота^ с помощью пакета ПСП-ПК- Приведены сравнительные временные затрата на анализ щ использовании отдельных методов анализа и адаптивного алгорита Применение разработанного алгоритма позволило сократить общее время анализа схемы за счет уменьшения числа расчетов- Для исс. дуемых схем была примеаена подсистема выбора метода анализа. ( использование позволяет в большинстве случаев сократить затрат времени на анализ за счет более точного выбора первоначального варианта и параметров метода анализа-16

. Применение разработанных моделей знаний по методологии авто-'изированного моделирования не расширяет области применения имейся в системе методов- Путем настройка системы моделирования на .ект с выбор метода анализа и параметров метода^ достигаются луч-¡. в рамках имеющихся методов анализа и заложенных в базу знаний гтериев. результаты- Использование процедур коррекции исходных гннх и автоматическое определение параметров анализа существен-еннкает требования к квалификации пользователей системы, спо-¡ствует эффективному использованию системы АСхМ-

В приложениях приведен Пример разработки базы знаний для подмены выбора метода анализа усилителей и протокол работы системы ГОД. а также характеристики и параметры некоторых классов НРТУ I формирования маршрута моделирования в системе ПСП-ПК-

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе получены следующие основные резуль-

ПР

1- Исследованы методы управления работой болших программных шлексов. определены области наилучшего использования этих мето-з- Показано, что способ организации вычислительного процесса оставляется характером информационных процессов, протекающих в сис-ле- Для организации процесса моделирования радиотехнических уст-1ств могут быть использованы методы искусственного интеллекта и знцнпы проблемной адаптации-

2. Проведен анализ схемотехнического этапа аатоматизированно-моделирования радиотехнических устройств, исследовано влияние рактеристик анализируемого устройства и характеристик програм-

аналнза. а также текущих результатов моделирования на ход про-гирования- Предложена двухуровневая модель процесса АСхМ - форми-вание маршрута моделирования и реализация диага моделирования.

3. Предложена модель представления маршрута моделирования в не семантической сети- Формирование маршрута для конкретной

ли определяется исходными данными и состоянием системы моделн-вания- Разработана методика формализации знаний по определению ршрута моделирования и правила заполнения базы знаний-

4. Разработана модель реализации шага моделирования в виде 2темы связанных фреймов- Система обработки фреймовых структур

17

обеспечивает автоматическое управление задачами системы анализ включает запуск присоединенных процедур для автоматической кор кции данных- Предложена методика представления знаний о реалнз шага ноделнрования-

s. Разработана интеллектуальная система для решения плохс мализуеыых задач диагностического типа при использовании недос •верной информации- Как задача диагностики рассматривается зада выбора метода анализа НРТУ- Предложена методика формирования бэ знаний диагностической системы для задачи выбора метода анализ нелинейных критериев радиотехнических устройств.

6. Разработаны принципы организации и структура адаптивно алгоритма анализа НРТУ- Получены выражения для критериев адапт основных методов анализа НРТУ- •

7. Разработана адаптивная подсистема автоматизированного мотехнического моделирования РТУ для персональных ЭВМ.совкестЕ с 1вм рс. Система анализа дополнена модулями, обеспечивающими ганизацшо процесса моделирования с использованием знаний опыта пользователей САПР и отека ущих. таким образом, требования к ква фнкации пользователей-

s. Проведена оценка эффективности моделирования различны радиотехнических устройств с использованием предложенных метод организации вычислительного процесса- Показана эффективность п ненения адаптивной системы моделирования по сравнения с автонс системой анализа, что подтверждает справедливость положенных в основу теоретических разработок-

Основные положения диссертационной работы нашш отражение в четырех отчетах о НИР. в тон числе с номерами ВНТИЦ &71 0031 01890071049. а также в is печатных работах:

1- Ланцов В-Н-. Жигалов й-Е- . Калягина Л-А- Организация и критерии адаптации математического обеспечения в подсистеме схемотехнического проектирования ПСП-ЕО/Радиозлект-роника- - 1933. - н 6. - С- 48-34. сйзв- высш. учебн- заведений^.

2. Барков В. А. . Калыгина Л- А- .Ланцов В Н- Интеллектуализация выбора метода анализа в подсистемах схемотехнического проектирования НРТУ-'-'Автоматизация проектирования в электронике- - Каев: Техника.. - issi. - Ван- 43. - С- 26-34.

3. Ланцов В- Н- . Жигалов И- Е-. Калыгина Л- А- Математическое обеспечение н принципы построения подсистемы схеыотех-18

[еского проектирования РЭА на ПЭВИ//Автонатизацня проекти-1ания в радиоэлектронике и вычислительной технике.- Натер-шнара. - И. = адТП- - issQ - & 112-114,.

4. Жигалов И- Б- . Калягина 1- А-. Ланцов В- Н- Принципы • •анизации и структура подсистемы схемотехнического проек-■ования на нини-ЭВЯ и ПоВМ//Разработка. и оптимизация САПР 'АП изделий электронной техники на базе еысокопрсизводи-¡ьннх мини- и микро-ЭВМ; Тез- до'кл- Всес- соаец- - Воронеж. [. - 1s89. - С- 19-205. Подсистема автоматизированного схемотехнического Актирования радиотехнических устройств ПСП-ГО^В- Н- Ланцов- . !- Жигалов.. Л-А- Калыгина и др- - Владимир: ЦНТН- - 1990-[нформ- листок n 195-90-

е. Барков В-А- .Калыгина Л-А. .Ланцов В Н- Интеллектуа-1ация выбора метода анализа нелинейная радиотехнических уст-1ств//Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной шики на базе высокопроизводительных мини- и нннро-ЭШ: Тез--сл. Всес- совещ- - Воронеж.- ЕЛИ- - isas. - С- 27.

7. Барков В-А. .Калыгина Л-А- .Ланцов В-Н- Интеялектуа->ацня выбора метода анализа в подсистемах схемотехнического >ектирования НРТУ//Численные метода н средства проектирова-I и испытания элементов твердотельной электроники-- Тез- докл-Галлшга: ТТУ- - 1SS9. - т- а. - С 100~1 Оз.

8- Ланцов В- Н- . Жигалов И- Е-. Калыгина Л-А- Сргани-цш адаптивной подсистемы схемотехнического проектирования пгаейдах радиотехнических устройства/Автоматизация проекти-¡ания в электронике- - Киев= Техника- - 1988. - Выл- 38. -

3-5.

э. Калягина Л- А- Структура, принципы работы и функции герфейса пользователя з системе проектирования- //Интеграция »дств автоматизированного проектирования радиоэлектронных 5тем; Сборн- научя- трудов- - Н- •- Изд-во МАЙ. isoi. - с. гз-27.

ю. !игалов И- Е-. Калыгина Л-А- Адаптивное программное попечение схемотехнического проектирования нелинейных расстройств- //Автоматизация проектирования в электронике, [пев: Техника. - 1Q91. - Вып- 43. - C-is-ai.

11- Калыгина Л-А- Модель предметной области автоматит юванного схемотехнического проектирования РЭА.//САПР

приборов и агрегатов; Тез. докл- Всес. НТК. - Суздаль- - íssi. -С. £8-28.

12. Жигалов И- Е- . Калягина JI-A- Схемотехническое проектирование каскадов РЭА и SBA в подсистеме учебно-исследовательской САПР на мини-ЭВМ- - Владимир. 1988. - ai с- -Деп- в ВИНИТИ, n 3733.

13. Подсистема автоматизированного схемотехнического проектирования радиотехнических устройств ПСП-СЗИЗ- Н- Ланцов-. И- Е- 1игалов.. JI- А- Калнпша. - Владимир: ЦНТИ- - isas. -

йв|>орн- листок n s7-s9.

14.. Жигалов И- Е- .Калыгина Л- А-. Долинин А- Г- Методы и ( программа автоматизированного схемотехнического проектирования приеыно-усилительных устройств- ^Перспективы развития техники радиовещательного приема, радиовещания . звукоусиления и акустики: Тез- докл- ХШ Всесоюзн- НТК- -X: ВНЙИИ1А ем- А- а Попова. ísss. - а ге-зэ.

is. Калыгина 1- А- Структура и принципы организации подсистемы автоматизированного проектирования ПСП/'''Автоматизация исследования, проектирования и испытания сложных технически?: систем: Тез- докл- Всесоюзн- НТК- - Калуга;

- 1988. - с. 13-17.

Техн- редактор Подписано к печати

Бум- офсетная- Формат 60x84, 1/16. Печать офсетная Уел- печ- л- о.оо, Уч--изд- л- о.оо. Тираж юо Зак- . Бесплатно

Типография Издательства МАИ 123871, Москва. Волоколамское шоссе. 4