Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Сложность современных радиотехнических устройств (РТУ), высокие требования к надежности, массогабаритным показателям, помехозащищенности, подверженность разнородным внешним воздействиям, требуют уже на ранних этапах разработки учета сложного комплекса взаимосвязанных физических процессов (прежде всего, электрических и тепловых), протекающих в конструкциях РТУ. Отклонение тепловых режимов работы устройства ведет к изменению его электрических характеристик.
Поэтому одной из важнейших задач управления качеством РТУ является задача анализа и обеспечения тепловых режимов элементов конструкций. Традиционно эта задача решалась методом макетирования. Сложность современных устройств, повышение плотности монтажа зачастую делает невозможным макетирование. Развитие вычислительной техники и появление мощных программных средств позволяет все шире использовать методы расчета тепловых режимов на основе математического моделирования.
Однако на практике не всегда удается получить приемлемую точность моделирования, даже если адекватность модели доказана. Одной из причин этого является высокая неопределенность в задании исходных данных.
Примером может служить работа, проведенная на кафедре РТУиС в 2002 году, целью которой являлось обеспечение теплового режима на основе математического моделирования тепловых процессов выпрямителя, входящего в состав блока электропитания спутника «ЯМАЛ-200». Температуры элементов, полученные в результате измерения, значительно (60-70%) отличались от смоделированных. Детальные исследования показали, что причиной таких результатов явилась высокая неопределенность в задании исходных данных, прежде всего значений геометрических и теплофизических параметров.
Уточнение данных можно осуществить через их идентификацию, что опять же предполагает использование «полноразмерного» макета. Кроме очевидного недостатка (трудоемкость изготовления макета) такой подход на практике трудно реализовать ввиду большой размерности задачи математического моделирования.
Поэтому актуальной является задача разработки метода и средств теплового моделирования с введением этапа фрагментарного (частичного) макетирования, позволяющего уточнить геометрические и теплофизические параметры модели, и тем самым повысить точность теплового моделирования РТУ.
Вопросам моделирования тепловых процессов посвящен ряд работ таких авторов, как: Алексеев В.А., Долматов А.В., Дульнев Г.Н., Желтов Р.Л., Кирпичев В.М., Кутателадзе С.С, Леонтьев А.И., Лисицын А.В., Лыков А.В., Михеев М.А., Петухов Б.С, Сарафанов А.В., Шалумов А.С. и др.
Работа отличается от известных тем, что для уточнения геометрических и теплофизических параметров модели печатного узла на этапе проектирования предложен метод, совмещающий два подхода к решению данной задачи -макетирование и моделирование. Причем изготавливается макет не всего печатного узла, а его фрагмента, и на основе модели фрагмента печатного узла уточняются геометрические и теплофизические параметры для модели полноразмерного печатного узла.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение точности моделирования радиотехнических устройств на этапе проектирования на основе идентификации параметров модели печатного узла.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
Обзор и анализ существующих методов и программных средств теплового моделирования РТУ;
Совершенствование метода теплового моделирования конструкций печатных узлов РТУ;
Разработка метода идентификации параметров печатных узлов радиотехнических устройств; обоснование критерия и выбор метода оптимизации параметров модели печатного узла;
Разработка структуры программного комплекса автоматизированной идентификации тепловых параметров печатного узла;
Разработка инженерной методики уточнения тепловой модели проектируемого ПУ;
Экспериментальная проверка и внедрение результатов работы.
Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теория оптимизации и параметрической идентификации, теория технической диагностики и инфракрасной термографии, численные методы решения систем уравнений, принципы структурного программирования и экспериментальные методы исследования.
На защиту выносятся.
Метод теплового моделирования конструкций печатных узлов РТУ, применимый на этапе проектирования.
Метод идентификации геометрических и теплофизических параметров печатных узлов радиотехнических устройств.
Программный комплекс автоматизированной идентификации параметров тепловой модели печатного узла РТУ.
Инженерная методика теплового моделирования печатных узлов радиотехнических устройств.
Научная новизна. При решении поставленных в работе задач получены следующие новые научные результаты.
Разработан метод теплового моделирования конструкции печатного узла РТУ, основанный на использовании промежуточного этапа фрагментарного макетирования и позволяющий повышать точность моделирования.
Разработан метод идентификации геометрических и теплофизических параметров тепловой модели печатного узла на основе поиска минимума целевой функции.
Разработан программный комплекс автоматизированной идентификации параметров тепловой модели печатного узла РТУ, использующий метод перебора и метод многомерной оптимизации.
Разработана инженерная методика теплового моделирования печатных узлов радиотехнических устройств, позволяющая идентифицировать геометрические и теплофизические параметры печатного узла на стадии проектирования.
Практическая полезность работы состоит в том, что разработанные в ней методы, критерий, структура программного комплекса и методика позволяют повысить точность и эффективность разработки РТУ на этапе его проектирования за счет уточнения геометрических и теплофизических параметров модели печатного узла путем введения этапа фрагментарного макетирования.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производства ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР» (г. Москва), а также в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики.
Апробация результатов работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на трех международных и трех российских конференциях и семинарах, а также на научно-технических семинарах кафедры «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» МИЭМ с 2002 по 2005 гг.
Публикации по работе. По теме диссертационной работы опубликовано 25 научных трудов, в том числе 3 статьи.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы и приложения, включающие в себя акты внедрения и результаты расчётов. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 9 таблиц.
Приложения изложены на 27 страницах. Список литературы включает 123 наименования.
