Программа FASTMEAN Мотивация развитие перспективы Автор Василий Смирнов

Программа FASTMEAN Мотивация, развитие, перспективы Автор: Василий Смирнов E-mail: info@fastmean. ru www: http: //fastmean. ru 23 ноября 2009

Часть 1 Мотивация 23 ноября 2009

Electronics Workbench 5. 12 1996, Interactive Image Technologies, Toronto/Ontario/Canada 23 ноября 2009

Март 2000 – начало План 1. Линейные системы: быстрый и точный расчет колебательных процессов 2. Системы с переключениями: быстрый расчет ключевых устройств (жесткие системы) 3. Нелинейные системы: замена алгоритмов расчета в SPICE-программах 23 ноября 2009

Многа букаф 23 ноября 2009

Сентябрь 2000 – FASTMEAN 1. 0 23 ноября 2009

Что это ? 23 ноября 2009

UC 9(p) аналитическое решение ? 23 ноября 2009

UC 9(p) аналитическое решение ! U_C 9 = U 1*((R 2*R 3*R 5*y 1*y 2*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 4*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 3*ОУ 1_k*(R 2*y 1+1)*(R 5*y 2+1)+(R 2*y 1+1)*(R 4*ОУ 2_k+R 3+ R 4)*(R 5*y 2+1))*(R 10*R 7*R 8*y 3*y 4*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 9*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 8*ОУ 3_k*(R 7*y 3+1)*(R 10*y 4+1)+(R 7*y 3+1)*(R 9 *ОУ 4_k+R 8+R 9)*(R 10*y 4+1))*(R 12*R 13*R 15*y 6*ОУ 5_k*ОУ 6_k+R 14*ОУ 5_k*ОУ 6_k+R 13*ОУ 5_k*(R 12*y 5+1)*(R 15*y 6+1)+(R 12*y 5+1)*(R 14*ОУ 6_k+R 13+R 14)*(R 15*y 6+1))*(R 17*R 18*R 20*y 7*y 8*ОУ 7_k*ОУ 8_k+R 19*ОУ 7_k*ОУ 8_k+R 18* ОУ 7_k*(R 17*y 7+1)*(R 20*y 8+1)+(R 17*y 7+1)*(R 19*ОУ 8_k+R 18+R 19)*(R 20*y 8+1)))/((R 1*(R 2*R 3*R 5*y 1*y 2*ОУ 1_k*ОУ 2_ k+R 4*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 3*ОУ 1_k*(R 2*y 1+1)*(R 5*y 2+1)+(R 2*y 1+1)*(R 4*ОУ 2_k+R 3+R 4)*(R 5*y 2+1))*(y 3*(R 11+R 7)*R 10*R 8*y 4*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 9*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 8*ОУ 3_k*(y 3*(R 11+R 7)+1)*(R 10*y 4+1)+(y 3*(R 11+R 7)+1)*(R 9*ОУ 4_k+R 8+R 9) *(R 10*y 4+1))+(y 1*(R 1+R 2)*R 3*R 5*y 2*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 4*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 3*ОУ 1_k*(y 1*(R 1+R 2)+1)*(R 5*y 2+1)+(y 1*(R 1 +R 2)+1)*(R 4*ОУ 2_k+R 3+R 4)*(R 5*y 2+1))*((R 6*(R 11+R 7)+R 11*R 7)*y 3*(R 8*(R 10*y 4*ОУ 3_k*ОУ 4_k+ОУ 3_k*(R 10*y 4+1)) +(R 9*ОУ 4_k+R 8+R 9)*(R 10*y 4+1))+(R 11+R 6)*(R 9*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 8*ОУ 3_k*(R 10*y 4+1)+(R 9*ОУ 4_k+R 8+R 9)*(R 10*y 4 +1))))*((y 5*(R 12+R 16)*R 13*R 15*y 6*ОУ 5_k*ОУ 6_k+R 14*ОУ 5_k*ОУ 6_k+R 13*ОУ 5_k*(y 5*(R 12+R 16)+1)*(R 15*y 6+1)+(y 5 *(R 12+R 16)+1)*(R 14*ОУ 6_k+R 13+R 14)*(R 15*y 6+1))*(R 18*R 20*y 7*y 8*ОУ 7_k*ОУ 8_k*(y 9*(R 17+R 21)+1)+R 19*y 9*ОУ 7_ k*ОУ 8_k+(y 7*(y 9*(R 17+R 21)+1)+y 9)*R 18*ОУ 7_k*(R 20*y 8+1)+(R 19*ОУ 8_k+R 18+R 19)*(R 20*y 8+1)*(y 7*(y 9*(R 17+R 21)+ 1)+y 9))+y 5*(R 13*(R 15*y 6*ОУ 5_k*ОУ 6_k+ОУ 5_k*(R 15*y 6+1))+(R 14*ОУ 6_k+R 13+R 14)*(R 15*y 6+1))*(R 17*R 18*R 20*y 7* y 8*ОУ 7_k*ОУ 8_k+R 19*ОУ 7_k*ОУ 8_k+R 18*ОУ 7_k*(R 17*y 7+1)*(R 20*y 8+1)+(R 17*y 7+1)*(R 19*ОУ 8_k+R 18+R 19)*(R 20* y 8+1))*(R 21*y 9+1))+(R 1*(R 2*R 3*R 5*y 1*y 2*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 4*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 3*ОУ 1_k*(R 2*y 1+1)*(R 5*y 2+1)+(R 2*y 1+ 1)*(R 4*ОУ 2_k+R 3+R 4)*(R 5*y 2+1))*y 3*(R 8*(R 10*y 4*ОУ 3_k*ОУ 4_k+ОУ 3_k*(R 10*y 4+1))+(R 9*ОУ 4_k+R 8+R 9)*(R 10*y 4+ 1))+(y 1*(R 1+R 2)*R 3*R 5*y 2*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 4*ОУ 1_k*ОУ 2_k+R 3*ОУ 1_k*(y 1*(R 1+R 2)+1)*(R 5*y 2+1)+(y 1*(R 1+R 2)+1)*( R 4*ОУ 2_k+R 3+R 4)*(R 5*y 2+1))*(y 3*(R 6+R 7)*R 10*R 8*y 4*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 9*ОУ 3_k*ОУ 4_k+R 8*ОУ 3_k*(y 3*(R 6+R 7)+1)* (R 10*y 4+1)+(y 3*(R 6+R 7)+1)*(R 9*ОУ 4_k+R 8+R 9)*(R 10*y 4+1)))*(R 12*R 13*R 15*y 6*ОУ 5_k*ОУ 6_k+R 14*ОУ 5_k*ОУ 6_ k+R 13*ОУ 5_k*(R 12*y 5+1)*(R 15*y 6+1)+(R 12*y 5+1)*(R 14*ОУ 6_k+R 13+R 14)*(R 15*y 6+1))*((y 9*(R 16*(R 17+R 21)+R 17*R 2 1)+R 16+R 17)*y 7*(R 18*(R 20*y 8*ОУ 7_k*ОУ 8_k+ОУ 7_k*(R 20*y 8+1))+(R 19*ОУ 8_k+R 18+R 19)*(R 20*y 8+1))+(y 9*(R 16+R 2 1)+1)*(R 19*ОУ 7_k*ОУ 8_k+R 18*ОУ 7_k*(R 20*y 8+1)+(R 19*ОУ 8_k+R 18+R 19)*(R 20*y 8+1)))); 23 ноября 2009

Моделирование - СЭУ 23 ноября 2009

Моделирование - ПДС 23 ноября 2009

Моделирование - ЛС 23 ноября 2009

Моделирование - СВЧ 23 ноября 2009

Моделирование – ТЭС 23 ноября 2009

Часть 2 Развитие 23 ноября 2009

Базовые элементы ветви G L C Матрица соединений S 23 ноября 2009 узлы ветви A

Производные элементы (1) Элемент на схеме постоянный гармонический пилообразный 23 ноября 2009 Схема замещения

Производные элементы (2) Элемент на схеме 23 ноября 2009 Схема замещения

Математика (1) G C L S A H 1 H 2 H 3 … H 8 23 ноября 2009 DLC

Математика (2) Система уравнений Решение во временной области на шаге h Матричная экспонента 23 ноября 2009 Многократное удвоение шага

Расчет линейных систем Схема замещения GLCSA H 1 – H 8 DLC x = e DLCh v. LC(0) v. LC(h) 23 ноября 2009

Жесткость U 1 2 t Если 23 ноября 2009 , то метод непригоден для расчета жестких систем

Системы с переключениями 23 ноября 2009

Элементы с переключениями (1) 23 ноября 2009

Элементы с переключениями (2) 23 ноября 2009

Расчет систем с переключениями Схема замещения Сменить рабочие участки у переключившихся элементов GLCSA H 1 – H 8 DLC x = e Очень много вычислений. Выход: для каждого состояния системы хранить матрицы в памяти Уменьшить шаг h = 0. 5 h DLCh v. LC(0) v. LC(h) 23 ноября 2009 нет Есть переключения ? нет да Переключения на границе с точностью eps ? да

Расчет нелинейных систем i Схема замещения Обновить нелинейные элементы GLCSA H 1 – H 8 DLC x = e Очень много вычислений. Состояний системы очень много. «Переключения» слишком часто. Хранить матрицы в памяти не получается. DLCh v. LC(0) v. LC(h) 23 ноября 2009 u Уменьшить шаг да да Вычислить невязку. Точность устраивает ? нет Итераций слишком много? нет

Программирование Список элементов (netlist) Редактор схемы Формирование матриц Расчет переходных процессов Расчет частотных характеристик Расчет по постоянному току FASTMEAN C++, ~80 000 строчек кода 23 ноября 2009 Графики Таблица

Часть 3 Перспективы 23 ноября 2009

Описание схемы: SPICE netlist R 1 1 IN 0. 01 L 1 1 OUT 6 U C 1 OUT GND 100 U 23 ноября 2009

Описание схемы: x. HDL-AMS HDL – Hardware Description Language, язык описания аппаратуры AMS – Analog and Mixed Signal, аналоговые и смешанные (аналого-цифровые) • • • VHDL-AMS Verilog-AMS System. C-AMS MAST Modelica … 23 ноября 2009

VHDL-AMS фильтр library ieee; use ieee. electrical_systems. all; entity filter is port(terminal IN, OUT, GND : electrical); end entity filter; architecture rlc of filter is terminal N 1 : electrical; Begin R 1: entity resistor(simple) generic map(R=>0. 01) port map(p=>IN, m=>N 1); L 1: entity inductor(simple) generic map(L=>6 e-6) port map(p=>N 1, m=>OUT); C 1: entity capacitor(simple) generic map(C=>100 e-6) port map(p=>OUT, m=>GND); end architecture rlc; 23 ноября 2009

VHDL-AMS резистор library ieee; use ieee. electrical_systems. all; entity resistor is generic( R : resistance : = 1. 0 ); port( terminal p, m : electrical ); end entity resistor; architecture simple of resistor is quantity v across p to m; quantity i through p to m; begin v == i * R; end architecture simple; 23 ноября 2009

VHDL-AMS конденсатор library ieee; use ieee. electrical_systems. all; entity capacitor is generic( C : capacitance : = 1. 0 E-9 ); port( terminal p, m : electrical ); end entity capacitor; architecture simple of capacitor is quantity v across p to m; quantity i through p to m; begin i == C * v’dot; end architecture simple; 23 ноября 2009

VHDL-AMS индуктивность library ieee; use ieee. electrical_systems. all; entity inductor is generic( L : inductance : = 1. 0 E-3 ); port( terminal p, m : electrical ); end entity inductor; architecture simple of inductor is quantity v across p to m; quantity i through p to m; begin v == L * i’dot; end architecture simple; 23 ноября 2009

Математика Система дифференциально-алгебраических уравнений - вектор неизвестных напряжений и токов - вектор независимых источников - матрица проводимостей - матрица емкостей и индуктивностей 23 ноября 2009

Пример 23 ноября 2009

Метод трапеций Решение во временной области на шаге h 23 ноября 2009

Книга И. Влах, К. Сингхал. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем 23 ноября 2009

Было бы не плохо… • • • Смешанные аналого-цифровые системы Текстовое описание моделей Элементы созданные пользователем Автоматизация расчетов (командная строка) Визуализация токов и напряжений, анимация схемы Точки останова Оптимизация/синтез Работа с реальными измерительными приборами Обучающие видео ролики 23 ноября 2009