ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Методические указания по расчетно-графическому заданию
Для студентов III-V курсов факультета РЭФ
специальностей «Радиотехника»
и «Радиосвязь, радиовещание и телевидение»
Дневного отделения
НОВОСИБИРСК
Составили канд. техн. наук, доц. М.Я.Котляр,
канд. техн. наук, доц. О.Н. Шлыкова
Рецензент: д-р. техн. наук, проф. И.С. Грузман
Работа подготовлена кафедрой радиоприемных
и радиопередающих устройств
Ó Новосибирский государственный
технический университет, 2012
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания включают в себя необходимые сведения для выполнения расчетно-графического задания по курсу «Основы автоматизации проектирования РЭУ». Знакомство с ними позволит студентам успешно выполнить задание и приобрести знания, умения и навыки, характерные для работы в среде систем автоматизированного проектирования (САПР).
Известно, что в САПР происходит четкое разделение функций человека и ЭВМ. ЭВМ выполняет рутинные операций, производя сложные (иногда очень сложные) расчеты. По стандартным программам, в то время как человек, освобожденный от громоздких вычислений, должен заниматься творческой интеллектуальной работой, которая заключается в анализе результатов, выданных ЭВМ, и принятии решений на этой основе. Именно на такой характер деятельности студента ориентировано данное расчетно-графическое задание.
ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ
В качестве исходных данных студенту задается вариант пассивной линейной электрической схемы. При этом оговариваются рабочий диапазон частот, тип и значения номиналов компонентов и предельные отклонения номиналов в положительную и отрицательную стороны, выраженные в процентах.
На основе исходной информации студент, используя набор стандартных программ, должен выполнить следующую работу:
1.1. Получить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) коэффициента передачи по напряжению заданной схемы при номинальных значениях параметров компонентов (функция SLEHTATH).
1.2. Провести анализ с учетом наихудшего отклонения параметров компонентов от номиналов (функция SLEHTATH).
1.3. Рассчитать коэффициенты влияния (режим главного меню «Коэффициенты влияния», функция KVL).
1.4. Принять решение о способе подстройки схемы с компонентами, имеющими отклонения от номиналов, с целью максимального восстановления исходной характеристики (АЧХ), должны быть апробированы, по крайней мере, два варианта. Под способом подстройки здесь понимается выбор двух компонентов (кроме сопротивлений генератора и нагрузки), перестройка которых, по Вашему мнению, обеспечит наилучшее восстановление исходной характеристики.
1.5. Смоделировать на ЭВМ процедуру подстройки схемы с целью достижения наилучшего результата (режим главного меню «Регулирование компонентов», функция REG).
1.6. Смоделировать настройку с использованием программы оптимизации (режим главного меню «Оптимизация симплекс-методом», функция SIMPLEX),
1.7. Самая важная и ответственная часть работы: сравнить результаты настройки схемы различными парами компонентов; сопоставить результаты настройки схемы исходя из значений коэффициентов влияния (интегральных и относительных) компонентов и на основе использования программы оптимизации; привести аргументы в пользу выбранного Вами способа подстройки схемы.
1.8. Оформить пояснительную записку, описывающую процедуру выполнения задания с выделением этапов принятия решений и их мотивировкой.
ОПИСАНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ
Программный комплекс состоит из пяти основных функций:
– SLEHTATH - функция вычисления худшего случая отклонений параметров компонентов от номинала и расчета наихудшей и идеальной АЧХ;
– KVL - функция вычисления коэффициентов чувствительности при малых изменениях параметров компонентов схемы;
– RЕG - функция регулирования компонентов: моделирует схему при изменении одного из компонентов;
– SIMPLEX - функция оптимизации значений двух подстраиваемых компонентов для максимального восстановления исходной АЧХ в случае наихудшего отклонения параметров компонентов от номинала;
– EDIT - функция редактирования файла RLC.DAT для оперативного изменения этого файла без выхода из программы.
Функция EDIT может быть вызвана также из функций SIMPLEX и REG.
Программа имеет удобные меню, позволяющие выбирать дальнейший режим работы с помощью клавиш управления курсора и нажатия клавиши <ENTER>.
Запуск программы производится командой МЗГО5 путем установки указателя курсора на файл NASTR.ЕХЕ и нажатия клавиши <Еnter>.
После запуска программы экран очищается и на экране появляется основное меню, содержащее шесть пунктов:
1) худший случай- запуск функции SLEHTATH;
2) чувствительность- запуск функции KVL;
3) регулирование компонентов- запуск функции REG;
4) оптимизация симплекс-методом- запуск функции SIMPLEX;
5) редактор- запуск функции EDIT;
6) выход из программы.
Запуск любой функции осуществляется путем выбора клавишами управления курсором соответствующей строки в меню и начатием клавиши <Enter>.
До запуска программы должен быть создан файл RLC.DAT, описывающий исследуемую схему (правила составления файла - см. ниже).
В начале работы необходимо запустить функцию- худшего случая. После выполнения этой функции можно запускать функцию регулирования и оптимизации, так как они исходят из худшего случая отклонения компонентов от номинала. Функцию вычисления чувствительности можно запускать в любой момент работы программы, так как она не учитывает возможные отклонения компонентов от номинала. Однако перед запуском функций REG и SIMPLEX желательно запустить функцию KVL для определения элементов, влияние которых на АЧХ наибольшее - именно эти компоненты можно попробовать использовать в качестве подстроечных, хотя это далеко не всегда является лучшим решением.
Программный комплекс позволяет сделать выводы по допустимому разбросу параметров от номинала, по выбору подстроечных элементов, а также сделать выводы о потенциальных возможностях восстановления требуемой АЧХ при разбросе параметров путем подстройки одного-двух компонентов. Кроме того, можно определить отклонение АЧХ для наихудшего случая от АЧХ для идеального случая при отсутствии подстроечных элементов.
Напоминаем: для работы программы должен быть составлен файл данных под именем RLC.DAT.
Составление файла RLC.DAT
Файл данных RLC.DAT предназначен для описания заданного варианта пассивной линейной электрической схемы, а также диапазона частот, в пределах которого анализируется АЧХ.
Файл данных составляется так же, как и программный файл, используется любой текстовый процессор. Для открытия нового файла в Norton COMMANDER используют команду Shift-F4. Строки файла данных записываются, начиная с первой позиции строки.
В первой строке записываются значения нижней и верхней частот рабочего диапазона в герцах (Гц). Значения разделяются между собой запятой. Далее записываются компоненты схемы. Для описания компонентов предварительно должны быть пронумерованы узлы схемы (в схеме должно быть не более 9 узлов). При этом базисный узел нумеруется нулем, входной узел - единицей, выходной - должен иметь максимальный номер. Запись строки, описывающей компонент, ведется в следующем порядке:
1) тип компонента (символьная константа; R - сопротивление, С - емкость, L - индуктивность);
2) номинальное значение компонента- вещественная константа;
3) номер одного из узлов, к которому подключен компонент (целая константа);
4) номер другого узла;
5) положительный процент отклонения данного компонента от номинала (вещественная величина);
6) отрицательный процент отклонения данного компонента от номинала (вещественная величина);
Элементы строки должны быть разделены запятыми.
Количество компонентов в схеме ограничивается числом 15. На рис.1 показана схема простейшего фильтра нижних частот. Допустим, что необходимо провести анализ данной схемы в диапазоне частот от fН = 3 кГц до fВ = 50 кГц; параметры схемы: RГ = -RН = 60 Ом + 10 % - 7,5%; С = 1250 нФ + 12% - 8 %; L = 124 мкГн + 5,6% - 8,4%.
| C |
| RГ |
| RН |
| L |
Рис. 1
В этом случае файл данных записывается следующим способом:
3000.,50000.
R,0.5E+2,0,1,10.,-7.5
R,0.5Е+2,0,2,10.,-7.5
L,0.124Е-3,1,2,5.6,-8.4
C,0.125Е-6,0,1,12.,-8.
Напоминаем, что файл данных должен вводиться начиная с первой позиции.
После ввода строк, описывающих все компоненты схемы, файл следует записать под именем RLC.DAT.
