автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Система автоматизированного схемотехнического проектирования оптимальных аналоговых электронных схем

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ШИНА. И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени В.И.УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи СяоПбедо Дмитрий Александрович

УДК 681.3.015:621.322

СЕ1СТ31А ЛВТСМ\ТИ2ЯР0а\1ГН0Г0 СХЕМ ОТЕШ143 СКОГО ПРОЕЗСГОРОЕЛШЯ ОПТИМАЛЬНЫХ АНАЛОГОЕЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЯ!

Специальность 05.13.12 •■ Снстегс! автоматизации

проектирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1909

Работа дыполнена в Ленинградском ордена Ленина политехническом институте имени М.И.Калинина.

Научный руководитель - , . )

доктор технических наук профессор Лыпарь Ю.И. ('4"« /

Официальный оппоненты:

доктор технических наук профессор Чорноруцкий И.Г.

кандидат технических наук доцонт Ларистов А.И.

Ведущая организация указала в решении специализированного совета.

Защита диссертации состоится "9 " иШНЯ 1989 г. в 'V часов на засоданми специализированного совета К 063.36,04 Ленинградского ордзна Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического института имени В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197022, Ленинград, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией мокно ознакомиться а библиотеке ЛЭТИ.

Автореферат разослан " 6 • МЯЯ 1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Юркое С.В,

- I -

( - I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы» Несмотря иа успехи, достигнутые в последнее время в развитии методов и средств цифровой обработки сигналов, аналоговые электронные схемы продолжают во многих случаях успешно конкурировать с цифровыми. В частности, для решения задач фильтрации, коррекции и генерации синусоидальных сигналов в широком диапазоне частот в электронной аппаратуре систем управления, передачи информации, измерений, контроля и диагностик« применяются линейные и квазилинейные аналоговые электронные схемы, построенные на резисторах, конденсаторах и усилителях напряжения или топа.

Современное развитие аналоговых электронных схем идет по пути совершенствования технологии их изготовления с переходом к применению полузакаэных аналоговых интегральных схем на основе базовых кристаллов. Эта тенденция обеспечивает возможность дальнейшего повышения технического уровня и качества электронной аппаратуры и обуславливает возрастающую потребность в новых схемных решениях. В процессе проектирования новых схем необходимо учитывать не только технические, но и технологические, эксплуатационные и экономические аспекты. При этом обеспечение высокого технического уровня и качества проектируемых схем предполагает необходимость их оптимизации по совокупности показателей качества, вюгачащей все перечисленные аспекты. В этих условиях важнейшим инструментом разработчика электронной аппаратуры становятся автоматизированные системы схемотехнического' проектирования»

Разработанные к настоящему времени системы автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры обоспечиваот проектировщика эффективными средствами решения задач анализа и параметрической оптимизации проектируемых схем, возлагая на него целиком и полностью решение задач выбора и оптимизации их структур. Однако средства параметрической оптимизации при заданной и неизданной структуре схемы но могут во многих случаях обеспечить получение требуемого проектного решения. Кроме того, совершенствование технологии изготовления схем и существенное уменьшение в связи с этим стоимости их отдельных компонентов создает возможность улучшения качества схемы за счет усложнения со структуры. Поэтому оптимизация структуры п большей степени определяет оптимальность результата схемотехнического проектирования, чем оптимизация параметров входящих о схему

компонентов. В условиях разнообразных, а иногда и противоречивых исходных данных решение задач, связанных с оптимизацией структуры на основе интуиции и здравого смысла может зачастую приводить к решение ям, далеким от оптимальных, что отрицательно сказывается на качестве проектируемых схем.

Таким образом, автоматизация проектирования оптимальных по совокупности показателей качества структур линейных аналоговых электронных схем представляет собой актуальную научно-техническую задачу, поскольку ее решение способствует повышению технического уровня и качества электронной аппаратуры аналоговой обработки сигналов, имеющей достаточно широкую сферу применения. Вместе с тем, с точки зрения практического использования автоматизированных методов проектирования структур, реализацию этой задачи необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи с другими задачами проектирования электронных схем в рамках единой системы автоматизированного проектирования оптимальных аналоговых электронных схем.

Цель работы и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка системы автоматизированного проектирования оптимальных схем аналоговых фильтров, амплитудных и фазовых корректоров и генераторов синусоидальных колебаний, построенных на резисторах^ конденсаторах и усилителях напряяения или тока. Система проектирования должна объединять решение задач аппроксимации характеристик, проектирования оптимальной по совокупности показателей качества структуры схемы и синтеза оптимальных параметров ее компонентов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить.следующие основные задачи:

- исследовать математическую постановку задачи проектирования оптимальных электронных схем и с учетом поставленной цели выбрать способ декомпозиции этой задачи на базовые проектные процедуры и математические модели этих процедур;

- разработать методику автоматизированного проектирования оптимальных по совокупности показателей качества структур линейных аналоговых электронных схем;

- разработать алгоритмическое, программное, информационное и лингвистическое обеспеченно для реализации предложенной методики в системе автоматизированного схемотехнического проектирования.

Основные метопы исследований. При решении поставленных задач использовались теория электрических цепей, аппарат теории множат

и формальных алгебраических моделей, понятия и представления теории графов, методы системного и структурного программирования.

Новые научные результаты. Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

1. Предложена новая методика автоматизированного проектирования оптимальных структур линейных аналоговых электронных схем. Новизна предложенной методики состоит в том, что для решения задачи предложено организовать базу знаний, пополняемую трудоемкими процедурами формального синтеза структур электронных схем и оценивания их свойств. Использование накопленных в системе знаний позволяет решать задачу выбора оптимальной по совокупности показателей качества структуры, опираясь нэ на интуитивные, а на формальные оценки структурных свойств схем и многокритериальные процедуры выбора оптимального решения.

2. Разработаны алгоритмы исключения изоморфных вариантов структур как при синтезе схем, так и при пополнении базы знаний. Алгоритмы основаны на предложенном способе кодирования элементов матрицы смежности смешанного раскрашенного графа.

3. Предложена система шкал и математических описаний правил оценивания структурных свойств электронных схем, не зависящих от численных значений параметров их компонентов.

4. Разработан специализированный язык, отличающийся наличием средств описания структурных свойств и правил вычисления их оценок для линейных аналоговых электронных схем.

5. Предложена новая методика выбора оптимальной по совокупности показателей качества структуры электронной схемы, отличающаяся использованием адаптивного алгоритма многокритериальной оптимизации вектора смешанных (числовых и вербальных) оценок структурных свойств.

Практическая ценность работы. Значение результатов диссертационной работы для практики состоит в следующем:

I. Разработана подсистема автоматизированного синтеза структур активных ЯС -звеньев аналоговых фильтров, корректоров и генераторов синусоидальных колебаний, содержащих до 15 пассивных компонентов. Подсистема Отличается от известных более широким классом синтезируемых схем, а также организацией программного обеспечения, позволяющей уменьшить затраты времени на синтез за счет адаптивного управления последовательностью выполнения операций.

2. Разработана подсистема автоматизированного анализа структурных свойств линейных аналоговых электронных схем, позволяющая оценивать топологические и функциональные свойства структур электронных схем при отсутствии численных значений параметров их компонентов.

3. Разработана база знаний, включающая множество синтезированных структур электронных схем и вычисленных с помощью подсистемы структурного анализа векторных оценок их свойств, а также совокупность описаний структурных свойств и правил вычисления.их оценок. Накопленная в базе знаний информация позволяет использовать ее для выбора оптимальной структуры схемы в разработанной системе автоматизированного проектирования.

4. Разработано информационное, лингвистическое к программное обеспечение диалоговых пакетов прикладных программ аналитической аппроксимации типовых АЧХ, оптимальной аппроксимации АЧХ произвольного вида, выбора оптимальной структуры схемы, синтеза оптимальных пара-; метров компонентов схемы.

На основе комплексного использования полученных результатов создана система САПАС - система автоматизированного проектирования оптимальных схем аналоговых фильтров, амплитудных и фазовых корректоров и генераторов синусоидальных колебаний, построенных на резисторах, конденсаторах и усилителях напряжения или тока. Отличительной особенностью системы САПАС является автоматизация проектирования оптимальной структуры схемы и объединение этой задачи с задачами аппроксимации характеристик и синтеза оптимальных параметров компонентов схемы в рамках единой системы проектирования.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в двух хоздоговорных НИР, выполненных на кафедре автоматики и вычислительной техники ЛГИ им. М.И.Калинина в 1080-1083 гг. в соответствии о целевой комплексной научно-технической программой 0.Ц.027 ГКНТ СССР, Госплана СССР и АН СССР по заданию 05.23 Минвуза РСФСР {приказ № 20 от 15.02.84 г. пункт 3,61) и межвузовской научно-технической Программой на 1986 -1990 гг. "Создание и развитие учебно-исследовательских САПР и их подсистем в высших учебных заведениях" (приказ Минвуза СССР № 195 от 16.03.6Г7 г,, пункт 3.2.20), а также в ряд б договоров о творческом сидруиэстве. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях и учебн!« заведениях Ленинграда, Москвы, Уфы, Мурмалска.Акты, подтверждающие внедрение приведены в диссертации.

- о -

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Автоматизация проектирования микроэлектронной аппаратуры", г. Владимир, 1983 г., на Всесоюзной научно-технической конференции "Моделирование и идентификация компонентов и узлов электронной техники", г. Киев, 1984 г., на конференции молодых ученых и специалистов ЛПИ, Ленинград, 1906 г., на пятой школе-семинаре "Активные избирательные системы", г. Таганрог, 1936 г.

По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ и получено 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 153 страницах машинописного текста, иллюстраций и таблиц на 33 страницах, списка литературы, включающего 172 наименования, и приложений.

II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЗ РАНУШ

Во введении обоснована актуальность теш диссертационной работы, сформулирована ее цель, приведены основные научные и практические результаты, апробация и структура диссертации.

В первой глазе выбран способ декомпозиции задачи проектирования оптимальных аналоговых электронных схем на базовые проектные процедуры, выбраны математические модели этих процедур и предложена методика автоматизированного проектирования оптимальных структур линейных аналоговых электронных схем.

Проектирование оптимальных аналоговых электронных схем представлено в работе в виде задачи векторного синтеза

Поят: К6~а Г (1)

где У , ^ , Уд , - соответственно множества условий функционирования, допустимых структур, допустимых параметров компонентов и допустимых значений вектора показателей качества К •

При решении задачи (I) в синтезе электрошок схем существует несколько направлений. Наиболее близкими к поставленной в рао'оте цели являются методы оптимальной топологической реализации. В работе показано, что основными недостатками, прзпятстзуа;цимн применение дашг.'Х методов в системах схемотехнического проектирования являются трудности решения систем компонентных уравнений большой размер-

ности, невозможность учета ограничений и показателей качества не имеющих количествевного выражения, ограниченность области поиска оптимальной структуры рамками априорно выбранной исходной схемы.

Учитывая недостатки, свойственные численным методам реализации в работе признано целесообразным выделить проектирование оптимальной структуры в самостоятельную подзадачу, решаемую на основе формальных методов, не использующих численных значений параметров компонентов. Таким образом, исходная задача (I) разбивается на процедуры синтеза оптимального оператора схемы (аппроксимации) П^пт» проектирования оптимальной структуры схемы Л£пт и синтеза оптимальных параметров ее компонентов П^81 .

Проблемы аппроксимации характеристик линейных аналоговых электронных схем и синтеза оптимальных параметров их компонентов в настоящее в^емя достаточно хорошо проработаны, поэтому выполнение процедур Пд и П, базируется в работе на известных.методах.

Модель структуры электронной схемы в процедуре П",т представлена в реферируемой работе в виде

СЧ^Э^ЛЕ^ЦФдм)]!, (2).

где"У - множество узлов схемы, Э , М ~ множества электронных компонентов схемы и их моделей (символьных параметров), Р - инциден-тор, связывающий множества V и Э , Е - двуместный предикат, определяющий пары узлов "вход-выход", |Н,.[8,2(М)]| - матрица символьных схемных функций, V — оператор символьного анализа.

Проведенный в работе анализ формальных методов синтеза структур электронных схем показывает, что ни один из них не решает задачу формального синтеза оптимальной в смысле векторного критерия качества структуры электронной схемы. Поэтому проектирование оптимальных структур Л£пт сформулировано в работе в виде обобщенной модели принятия решений

гс=о/г,а) о)

Модель синтеза множества альтернативных вариантов структур включает множества обобщенных условий функционирования и ограничений на структуру 0С , а такжп оператор синтеза 6 : (С,Уй', ) —-'К •

Модель оценивания Т-^^П^^Л,^ ) включает систему шкал Ш и совокупность математических описаний правил П вычис.че-нил вектора опенок структурных свойств Л. , а также оператор оцени вания (С, А • Мнокестро векторных оценок ¿С-А ) ян

ляется результатом оценивания свойств множества структур '\ДГС .

Модель выбора оптимального варианта ^'с ?

Ой,Кс>0К1Ь) включает функции выбора подмножеств допустимых структур ф 'С^о^-^с'^с.)"*" . строго допустимых структур Ф,^:

и оптимальных вариантов структур Ф^

В работе отмечено, что вопросы формального порождения множеств структур электронных схем в той или иной степени решены и основаны на применении комбинаторно-топологических методов, методов "морфологического ящика", теории лабиринтов. В то яе время, вопроси дальнейшего использования синтезированных множеств в литературе практически не рассматриваются, что является одной из основных причин, по которой формальные методы структурного синтеза но находят практического применения в системах автоматизированного проектирования. Разработка аь-томатизированных процедур оценивания структурных свойств электронных схем Т и выбора оптимального варианта структуры при отсутствии численных значений параметров компонентов Ц, являются важнейшими задачами, решаемыми в диссертационной работе для реализации модели принятия решений (3) в системе автоматизированного схемотехнического проектирования.

Еце одним, не менее существенным, препятствием на пути реализации модели (3) в системе проектирования является противоречие, которое возникает мевду невозможностью решения задач формирования & и оценивания Т вариантов структур Л"/й п реальном масштабе времени (т.о. в процессе проектирования) из-за их значительной трудоемкости, и необходимостью непосредственного участил проектировщика в роли лица принимающего решение (ЛПР) в выборе оптимальной структуры, поскольку из-за отсутствия численных значений параметров компонентов модель выбора (\ является существенно многокритериальной.

Для разрешения этого противоречия в диссертационной работо предложена новая методика автоматизированного проектирования оптимальных структур линейных аналоговых электронных схем. Новизна методики состоит в том, что для решения задачи предложено организовать базу знаний системы проектирования, содертозцуо множество альтернативных вариантов структур V/,. и векторных оценок их свойств . Введение базы знаний позволяет вцделить трудоемкие процедуры ее пополнения (Эй Т ) на предпроектную стадии, а задачу выбора оптимального варианта структуры Ц. решать на стадии диалогового поиска проект-

- а -

них решений с использованием накопленной в базе знаний информации и совместно с процедурами ПдПТ и П°пт .

Во второй главе решается задача автоматизации синтеза структур звеньев активных -фильтров, амплитудных и фазовых корректоров и генераторов синусоидальных колебаний.

Исходными данники для задачи синтеза структур является некоторое обобщенное описание структур проектируемых схем ( , 0С ), которое формируется в результате предпроектного анализа исходных данных для некоторого класса задач проектирования.

Множество обобщенных ограничений определяет допустимый компонентный базис, число компонентов различных типов и узлов в схеме ' и представлено в работе в виде совокупности обобщенных моделей структур Со= Д ||) , каждая из которых включает множество усилителей Эд и пассивных компонентов 9а (обобщенных проводимостей V ). Разработанная подсистема анализа обобщенных структур позволяет автоматизировать получение матрицы обобщенных символьных схемных функций ¡',Н0(У) || • Для хранения информации о топологии и матрице символьных схемных функций |ИС(У)Ц разработана база данных обобщенных моделей структур, являющаяся составной частью базы знаний системы проектирования.

На этапе синтеза структур требования к реализуемым иш функциям могут быть выражены лишь через структуру символьных выражений коэффициентов их схемных функций |Нс[$,2({у]| . В работе предложена система кодирования различных видов символьных выражений на основе которой формируются каталоги требуемых схемных функций У^ для различных типов звеньев.

Конкретный вариант структуры С = (V,Эд,Эс,Э^,Рд,,Рй

полУчается из соответствующей обобщенной модели в результате раскраски" обобщенных проводимостей у* в цвета проводимостей резисторов , конденсаторов вС^ или их комбинации

, Различные варианты-"раскраски" синтезируются по комбинаторному алгоритму генерации размещений, а множество альтернатив- . ных вариантов структур образуется в результате объединения подмножеств, синтезированных в рамках кевдой из обобщенных структур.

Сокращение числа синтезируемых вариантов достигается исключением из обобщенных моделей структур тех обобщенных проводимостей, которые не участвуют в формировании матрицы функций |Н0(Уу([ , а также за счет исключения в процессе синтеза вырожденных и изомор.^)-

ic вариантов структур.

Проблема исключения изоморфных вариантов структур рассматрива-зя в реферируемой работе в двух аспектах.

Первый ее аспект сзязан с исключением изоморфных структур в пропсе их синтеза. Этот аспект проблемы не является новым, однако ана-5 известных работ показывает, что в настоящее время отсутствуют нереальные алгоритмы исключения изоморфных структур активных RC-5М, не зависящие от типов используемых усилителей и допускающие шчие в схемах усилителей смешанных типов.

Поэтому для решения рассматриваемой проблемы в ее первом аспек-предложен способ кодирования элементов матрицы смежности смешан-'с раскраденного мультиграфа, ртражающего структуру синтезируемой ¡мы в виде двоичных кодов ^ij . Разряды двоичного кода

отражают цвет ( & ,SС ,-*-К ,-К ) и направление всех дуг, соеди->щих I -тую вершину графа с j -той. Таким образом вводится взаимооднозначное соответствие менаду матрицей смежности Л»{СЦ|}и >уктурой активной RC -схемы с любыми типами усилителей.

Предлагаемый алгоритм исключения изоморфных вариантов структур [роцессе синтеза заключается в следующем.

1. Для обобщенной модели структуры формируется матрица Ад , отмщая активную часть схемы, которая приводится к каноническому

У ¿Г -

2. Для каждого из синтезированных вариантов раскраски ребер обоб-:ной модели формируется матрица А=АД H+Acfr , где АСГт отражает сивнуя подсхему. Для матрицы А определяется существование под-новки , такой, 4TO^mAgl,>A и * CllM" рическая группа матриц подстановок S^ образуется в результате единения симметрических групп матриц подстановок SK , перестав-щих независимо взаимозаменяемые вершины. Непересекающиеся мно-TBaV^SV взаимозаменяемых вершин включают: общую вершину (Vj) жество входных вершин (V"2), множества вершин, к которым подключе-одноименные полюса однотипных усилителей(V3,..., V^"), множество шин, не совпадающих с общей, входными и полюсами усилителей Xn+i' лучае существования подстановки С|т синтезированный вариант ис-чается как неканонический. Для поиска подстановки исполь-

тся предложенный в работе Фарадкева H.A. и его коллег эффектив-алгоритм, не требующий перебора всех подстановок из •

Второй аспект проблемы изоморфизма связан с исключением изомор-

фных вариантов при пополнении базы данных. Этот аспект является следствием предложенной методики проектирования структур и ранее в литера туре не рассматривался. Основой для анализа на изоморфизм добавляе-емых к базе данных структур являются матрицы смежности их обобщенных моделей. Формирование таких матриц и приведение их к каноническому виду позволяет установить взаимно-однозначное соответствие между номерами узлов и проводимостей двух обобщенных структур, а, следовательно, и между любыми двумя вариантами структур, синтезированными в рамках этих обобщенных моделей. Установленное соответствие сводит решение задачи к проверке наличия или отсутствия в базе данных варианта структуры, соответствующего добавляемому.

На основе разработанных алгоритмов синтеза и исключения непригодных вариантов структур создана подсистема автоматизированного синтеза структур звеньев активных RC -фильтров, генераторов и корректоров, содержащих до 15 пассивных компонентов. Подсистема отличается от известных ориентацией на пополнение базы знаний и Солее шипоким классом синтезируемых схем (в частности, реализующих матрицу схемных функций).

С целью минимизации затрат времени на синтез схем за счет шбо-ра оптимальной последовательности операций исключения непригодных вариантов, в работе выполнено исследование соотношений между общим числом генерируемых структур и числом вырожденных, изоморфных и функционально непригодных вариантов. На основании проведенного исследования сформулированы принципы адаптивного управления последовательностью выполнения указанных операций. Реализация адаптивного управления операциями в подсистеме структурного синтеза обеспечивается наличием модулей сбора статистической информации и управления синте зом.

С помощью разработанной подсистемы синтезировано около 5000 различных схем активных RG -звеньев, среди которых есть как извест nue, так и новые схемотехнические решения.

В третьей главе решается задача автоматизации оценивания струь турных свойств электронных схем при отсутствии численных значений параметров компонентов.

Проведено исследование различных способов формального огшсанш топологических и функциональных свойств электронных схем в термина) формальной модели структуры (2). Рассмотрены, d частно- такие свойства, как нестабильность характеристик и параметрическая надеж-

ость, сводящиеся к анализу свойства безусловной устойчивости,уровень собственных шумов, определяемых шумами усилителей, влияние частот-ых свойств усилителей на частотный диапазон цепи, различные способы ерестройки вторичных параметров, наличие общего вывода у всех кон -енсаторов, входящих в схему, предельные значения вторичных пара-етров, относительная стоимость.

На основании проведенного исследования предложена система шкал ля оценивания структурных свойств, включающая непрерывную (вещест-енную) шкалу и совокупность дискретных шкал (целочисленных, вербаль-ых, логических). Сформулированы способы математического описания равил интерпретации параметров формальной модели структуры (2) на калу соответствующего типа.

С учетом выбранной системы шкал и способов описания правил вы-исления оценок структурных свойств разработан специализированный • зык, который реализован в виде подсистемы автоматизированного ана-иза структурных свойств. В состав подсистемы входит компилятор, реобразующий исходное описание во внутреннюю табличную форму и ин-ерпретатор, осуществляющий выполнение записанных на внутреннем оде процедур-функций вычисления оценок. Вычисление оценок структур-ых свойств электронных схем при отсутствии численных значений пара-етров компонентов обеспечивается наличием данных типа "симпольноо ыражение" и "множество", а также совокупности операций над этими ипами данных, используемых при написании процедур-функций оценива-ия свойств.

На основе предложенной табличной формы представления структур-ых свойств в рамках реляционной модели данных разработана база дан-ых структурных свойств.

В четвертой главе решается задача автоматизации выбора опти-ального по совокупности показателей качества варианта структуры.

Исходные данные для решения задачи выбора оптимальной структу-ы, включающие множества условий Ус , ограничений Ос , показателей ачества Кс и ограничений* 0на их значения, формируются из сходной функциональной спецификации и результатов аппроксимации арактеристик.

Задача формализации исходных данных (выражение их через компо-енты вектора структурных свойств Л. ) решается проектировщиком в ежиме диалога с системой проектирования, в ходе которого он исполь-ует сведения о структурных сво1<ствах и шкалах их оценивания, имею-

щиеся в базе знаний. Процесс формализации включает два отапа: I) ус тановлепив соответствия между функциональными параметрами и структурными свойствами и 2) установление соответствия меяедг шкалой значений функционального параметра и шкалой оценок соответствующего . структурного свойства.

Алгоритм выбора Фд подмножества допустимых вариантов структу] WA заключается в поиске в базе данных таких структур, для котор» компоненты Л^ вектора А , являющиеся формализованным представлением множеств условий Ус и ограничений 0С , имеют значения, совпадающие с заданными, или принадлежащие некоторому диапазону» определенному в результате формализации множеств Ус и 0С .

Функция выбора Ф,^ отличается от функции только тем, чт< рыоираемые ею строго допустимые варианты структур "V^опред! ляются компонентами А^ , которые являются формализованным предст ленизм совокупности показателей качества К и теми значениями А которые формально отражают множество 0tc .

В результате проведенного в работе анализа достоинств и недостатков, свойственных различным алгоритмам решения многокритериель задач выбора, для реализации функции выбораФсПТ выбран метод огра чений, относящийся к классу "адаптивных" "структуризовапных" проце дур. Модифицированный с учетом наличия не только непрерывных, но и дискретных оценок показателей качества А ^ , этот алгоритм состои из следующих шагов. f .

1. Пусть , а исходное множество альтернатив W^ .

2. Из множества ' выбирается произвольный вариант структур из СО и его векторная оценка А ) предъявляется проектировщч

ку. Одновременно ему предоставляется информации о множестве вектор ных оценок AK(W /) •

3. В результате анализа предъявленной информации проектировщик бираат критерий J¡_ , оценку по которому необходимо улучшить и уг зывает нижнюю (верхнюю) границу для этого улучшения Cjü для вещ* венной шкалы или предпочтительные с его точки зрения оценки дискре ной шкалы üJji,i,UIj¡¿,..., llljv^ . На основании ответа проектировщика формируется новое множество альтернатив

для улучшаемого вещественного показателя качества, илл

ч улучшаемого дискретного показателя.

4. Осуществляется замена L на L+1 и возврат к шагу 2.

Признаком окончания работы алгоритма является выбор проектиров-юм на некотором шаге оценки в качестве наиболее пред-

1тительной (оптимальной). Выбранная оценка определяет единственную гимальную схему, или некоторое множество эквивалентно-оптимальных зм.

Разработанные алгоритмы выбора ^^сд/^опг реализованы в ви-диалоговой подсистемы, входящей в состав системы САПАС.

Анализ взаимодействия разработанных подсистем синтеза и выбора гимальных вариантов структур позволил создать основанную на реля-жной модели базу данных структур. Разработанные базы данных обоб-шых моделей структур, множеств структур и векторных оценок их )йств и описаний структурных свойств объединены в базу знаний систе-проектирования.

В пятой главе рассматривается структура программного обеспече-I системы автоматизированного проектирования САПАС и входящих в ее :тав диалоговых пакетов прикладных программ, рассмотрены вопросы >анизации диалога, приведены примеры проектирования электронных

!М.

В соответствии с предложенной методикой проектирования система IAC включает две части - пакетную, включающую подсистемы анализа »бщенных моделой структур, структурного синтеза и структурного шиза, и диалоговую часть, включающую диалоговые пакеты приклад: программ аппроксимации типовых и произвольных АЧХ, выбора опти-[ьной структуры и синтеза оптимальных параметров компонентов схемы, дленные части системы САПАС связаны информационна посредством 1Ы знания.

Программное обеспечение системы САПАС написано на языках IUI/I 1ссемблер и ориентировано на использование в операционной среде ЕС или ПДО СШ ЕС.

В качестве примеров использования системы САПАС приведены приял проектирования генератора синусоидальных колебаний с упраляе-I частотой и активного полосового фильтра.

- 14 -

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основным результатом работы является создание системы САПАС -системы автоматизированного проектирования оптимальных схем аналог« вых фильтров, амплитудных и фазовых корректоров и генераторов синусоидальных колебаний, построенных на резисторах, конденсаторах и у< лителях напряжения или тока. Отличительными особенностями системы САПАС являются автоматизация синтеза оптимальной структуры схемы и объединение этой задачи с задачами аппроксимации характеристик и с: теза оптимальных параметров компонентов схемы в рамках единой сист мы схемотехнического проектирования. Система САПАС разработана бла годарл следующим, полученным в ходе выполнения работы, результатам

1. Предложена новая методика автоматизированного проектирован оптимальных структур линейных аналоговых электронных схем. Новизна предложенной методики состоит в том, что для решения поставленной дачи предложено организовать базу знаний, пополняемую результатами трудоемких процедур формального синтеза мноаества структур электро

1У схем и анализа их структурных свойств. Использование накопленн в системе знаний позволяет решать задачу выбора оптимальной по сов купности технических, технологических, эксплуатационных и экономических показателей качества структуры, опираясь при этом не на инт итивные, а на формальные оценки структурных свойств схем и многокр териальные процедуры выбора оптимального решения.

2. Разработана подсистема автоматизированного синтеза множест неизоморфных структур активных КС -звеньев аналоговых фильтров, кс ректоров и генераторов синусоидальных колебаний, содержащих до 15 пассивных компонентов. Подсистема отличается от известных более т. роким классом синтезируемых схем, а такке организацией программно! обеспечения, позволяющей уменьшить затраты времени на синтез за с* адаптивного управления последовательностью выполнения операций.

3. Разработаны алгоритмы исключения изоморфных вариантов стрз тур как в процессе их синтеза, так и при пополнении базы знаний. I работанные алгоритмы основаны на предложенном способе кодирования элементов матрицы смежности смешанного раскрашенного графа.

4. Исследованы различные способы формального описания структ,) ных свойств электронных схем, не зависящих от численных значений I раметров компонентов. На основе проведенного исследования предложе система непрерывных (вещественных) и дискретных (целочисленных и

рбальных) шкал и математических описаний правил оценивания таких ойств. Разработан специализированный язык, отличающийся наличием едств описания структурных свойств и вычисления их оценок выбранной системе шкал.

5. Разработана подсистема автоматизированного анализа структур-к свойств электронных схем по описанию, составленному на специали-рованном языке. Подсистема позволяет автоматизировать оценивание =шх свойств, как нестабильность характеристик, способ построения зм, параметрическая надежность, частотный диапазон сигналов, уро-1Ь шумов и нелинейных искажений, наличие зависимой и независимой эавляемости вторичных параметров, ряда топологических свойств ишчие общего вывода у всех конденсаторов, число внешних выводов

I ИС), относительная стоимость и других.

6. Разработана база знаний системы САПАС, включающая базу дан: обобщенных моделей структур, базу данных структур и векторных !Нок их свойств, базу данных описаний структурных свойств и пра-

[ вычисления их оценок, наборы объектов в которых соединены клао-мцирующими.связями. В настоящее время в базе знаний системы LAC накоплена информация примерно о 5000 схемах активных фильт-I, корректоров и генераторов синусоидальных колебаний второго-■вертого порядков,

7. Предложена новая методика выбора оптимальной по совокупности азателей качества структуры электронной схемы, отличающаяся ис-ьзованием адаптивного алгоритма многокритериальной оптимизации тора смешанных (числовых и вербальных) оценок структурных свойств.

8. Разработано информационное, лингвистическое и программное спечение входящих в состав системы САПАС диалоговых пакетов прик-ных программ аналитической аппроксимации типовых АЧХ, выбора опальной аппроксимации произвольных АЧХ, выбора оптимальной струк-ы схемы и синтеза оптимальных параметров ее компонентов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Балтруков H.H., Лнпарь КЗ,И., Скойбедо Д.А. Автоматизация вы-а типа операционного усилителя при проектировании активных RC -ьтров третьего поряцка // Тр. ЛПИ / Леникгр. политехи, ин-т,-

2,- № 381,- С. 102-103,

1. Лнпарь Ю.И., Скойбедо Д.А. Синтез структур электронных охн,/,

// Автоматизация проектирования микроэлектронной аппаратуры. Тез. докл. Всесоюзного научно-техн. совещ.- Владимир, Москва, 1983,- ч.

С. 59-61.

3. Автоматизация расчета характеристик и процессов в. электрон» устройствах и системах управления: Метод, указания по курсовому и дипл. проектир. / Бабко Л.В., Балтруков H.H., Васильев A.B., Лыпа] D.H., Скойбедо Д.А., Строганова Е.А. - Л.: ЛПИ, 1984.- 40 с.

4. Лыпарь Ю.И., Скойбедо Д.А. Автоматизация синтеза электричеа схем // Электронные устройства автоматики и телемеханики: Учебник для вузов / В.К.Захаров, Ю.И.Лыпарь.- Л.: Энергоатомиздат.- 1984.• С. 418-428. * вЫи^Л—

5. Лыпарь Ю.И., Балтруков H.H., Скойбедо Д.А. Система автомати рованного проектирования структур электронных цепей // Системы ав матизации проектирования и научных исследований.-Л., 1984.-С. 8595.- (Тр. ЛПИ).

6. Лыпарь D.H., Балтруков H.H., Скойбедо Д.А. Алгоритмы синтез графов электронных цепей САУ с применением таблиц смежности // Тр Ш / Ленингр. политехи, ин-у,- 1984.- № 398,- С. 19-21.

7. Лыпарь Ю.И., Балтруков H.H., Скойбедо Д.А. Система автомати рованного Проектирования устройств частотной обработки сигналов / Тр. ЛПИ / Ленингр. политехи, ин-т.- 1985,- № 407,- С. 97-101.

8. Аналоговые элементы и устройства автоматики и вычислительно техники: Учебное пособие / Н.Н.Балтруков, В.Н.Горелов, В.К.Захаро В.А.Калинг, Э.В.Корочкин, D.H.Лыпарь, Д.А.Скойбедо, А.С.Филиппов; Под ред. Ю.И.Лыпаря.- Л.: Изд-во ЛПИ, 1987.- 90 с.

9. A.c. 815868 СССР, МКИ НОЗН II/I2. Полосовой активный RC-фш / О.И.Лцпарь, Д.А.Скойбедо ; Ленингр. политехи, ин-т.

• 10. A.c. I0469I4 СССР, МКИ НОЗН 11/12. Полосовой активный RC фильтр / Ю.И.Лыпарь, Н.Н.Балтруков, Д.А.Скойбедо ; Ленингр. полич ин-т.

£2

Подписано к печати 24.04.89. Заказ 250.

М М-26909. Тираж 100 эк:

Бесплат!

Отпечатано на ротапринте ЛПИ им. М.И.Калинина 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29