Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Передача и обработка цифровых и аналоговых сигналов радиотехнических систем и систем связи требуют создания электрических устройств, которые в некотором диапазоне обладали бы заранее заданными временными или частотными характеристиками. В частности, задачи синтеза корректоров, формирующих и минимально-искажающих цепей, цепей селекции формы сигнала, генераторов сигналов произвольной формы возникают при проектировании радиолокационных приемников, приемников импульсной радиосвязи и радионавигации, а синтез различного рода фильтров находит приложение в многочисленных задачах техники связи, автоматического управления, технике измерений и т.д.
Все возрастающая сложность радиоэлектронных систем и устройств, а также жесткие сроки проектных работ, необходимые для выпуска радиоэлектронных изделий на рынок, делают автоматизацию синтеза электрических цепей абсолютно необходимой.
Существующие пакеты синтеза электрических цепей, как правило, являются узкоспециализированными, что приводит к большим трудностям как при их интеграции, так и адаптации к новым методам проектирования и вариантам технологических процессов, что значительно снижает степень их использования при проектировании радиоэлектронных устройств.
Повысить эффективность и гибкость систем автоматизированного синтеза электрических цепей можно путем разделения процесса синтеза на этапы высокоуровневого (этап получения математической модели) и низкоуровневого синтеза (этап технической реализации). Процедуры высокоуровневого синтеза позволяют генерировать промежуточные описания, которые оптимизируются и отображаются на конкретную технологию реализации средствами низкоуровневого синтеза. В настоящее время процедуры низкоуровневого синтеза достаточно разработаны.
Возникает необходимость в разработке методов и алгоритмов процесса высокоуровневого синтеза, базирующихся на использовании компактных для программной реализации и достаточно общих моделей электрических цепей, легко отображаемых на конкретную топологию и элементный базис. В связи с этим особый интерес представляет собой использование
канонических моделей Жордана, позволяющих устаної непосредственную связь между параметрами математичес модели и структурой электрической цепи. Актуальность п ставленной работы определяется разработкой машинных мет( и алгоритмов высокоуровневого синтеза линейных электричес цепей (ЛЭЦ) общего вида по заданным частотным или времен характеристикам на базе канонических моделей Жордана.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Разработать методику и шинные алгоритмы синтеза линейных электрических цепей о( го вида по заданным частотным или временным характерне на базе канонической формы Жордана матрицы системы и по ляющих реализовать программный комплекс высокоуровне синтеза.
Поставленная задача требует решения следующих част подзадач:
-
Разработать метод синтеза ЛЭЦ общего вида, основанньїі приведении матрицы системы к канонической форме Жорданг
-
Определить критерии, позволяющие определять управляем и наблюдаемость синтезируемых электрических цепей.
3. Разработать алгоритмы получения уравнений состоянг
базисе Жордана для четырехполюсных и многополюсных ц
по заданным отсчетам импульсной и амшгатудо-часто
характеристики.
4. Разработать эффективные алгоритмы редукции получаемы>
делей ЛЭЦ.
5. В целях практической проверки разработанных алгори
необходимо на их основе разработать систему высокоуровне
синтеза электрических цепей с возможностью верифик
получаемых решений.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ основаны на использов теории абстрактной реализации линейных динамических сік основных положений линейной алгебры и функциональ анализа. Вопросы программной реализации разработаї алгоритмов решались с использованием теории распознав образов и теории реляционных запросов к базам данных.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе получен ряд новых результатов, основные из которых сводя-следующему:
-
Разработан метод синтеза ЛЭЦ общего вида, основанный на приведении матрицы системы к канонической форме Жордана и позволяющий установить непосредственную связь между алгоритмом синтеза и структурой проектируемой цепи.
-
Найдены необходимые условия управляемости и наблюдаемости многополюсных электрических цепей по спектру матрицы системы.
-
Изучены способы эквивалентных схемных преобразований цепи жордановой структуры к известным каноническим реализациям: каскадной, параллельной, параллельно-каскадной, Фробениуса, Мура. Показано, что предложенный подход является обобщением параллельных и параллельно-последовательных методов синтеза.
-
Разработаны алгоритмы получения уравнений состояния в базисе Жордана по заданным отсчетам импульсной характеристики или АЧХ для четырехполюсных и многополюсных электрических цепей.
-
Получен алгоритм редукции как жестких, так и нежестких электрических цепей при практически неизменных временных и частотных характеристиках.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Часть разработанных в рамках данной диссертационной работы методов и алгоритмов была внедрена и использована в учебном и производственном процессе:
- подсистема синтеза электрических фильтров "Filter" была передана и внедрена в ассоциации "Экономика-Молодежи" (г. Москва) в учебный процесс для проведения лабораторных работ по курсу "Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах и основы САПР", что позволило повысить производительность ЭВМ при проведении лабораторных заданий, а также сделало возможной постановку новых лабораторных работ;
- модуль редукции электрических цепей был передан и внедрен в НИИ "Укрэнергосетьпроект" (г. Харьков) в составе специализированного пакета программ синтеза и оптимизации электронных схем, чем было достигнуто сокращение затрат времени ЭВМ на 30-40% при решении задач синтеза схем, содержащих до 100 активных элементов при значительном повышении технической реализуемости результатов проектирования;
- основные научные и практические результаты работы
использованы в НИР "Virtual'Test Bed" (1997 г., N4401), прово;
совместно с университетом штата Южная Каролина (University of
Carolina).
ДОСТОВЕРНОСТЬ ИЗЛОЖЕННОГО подтверждается результ машинного моделирования получаемых решений задач синтеза в системы PSPICE.