Выбор вычислительных средств для моделирования

Программные средства, используемые для решения задач данной дипломной работы, можно разделить на две основных разновидности:

- универсальные программы для математических расчетов, такие как MathCAD, Maple, Mathlab и др.;

- универсальные программы для моделирования электронных устройств, такие как MicroCAP, P-SPICE A/D, Electronics Workbench.

В качестве программы для математических расчетов был выбран пакет MathCAD 11. MathCAD 11 обладает всеми преимуществами Maple и позволяет:

- производить расчеты, при этом точность, с которой отображается результат, задается пользователем;

- работать с уравнениями и системами уравнений;

- выражать одну переменную через остальные в уравнении с несколькими переменными;

- заменять переменные выражениями, полученными из уравнений;

- легко вводить формулы и преобразовывать их в случае необходимости;

- строить графики, которые как вспомогательное средство могут существенно облегчить дальнейшие вычисления;

- определять вид производной сколь угодно сложной функции и находить ее численные значения в отдельных точках;

- осуществлять аппроксимацию функций.

К тому же, MathCAD 11 отличается возможностью свободно компоновать рабочий лист, а также создавать документы, качество оформления которых позволяет непосредственно включать их в отчет.

Как вспомогательный математический пакет также использовался MathLAB. Основные достоинства пакета:

- богатый набор функций, обеспечивающих вычисления в области систем автоматического управления;

- возможность составления структурных схем, что упрощает процедуру их анализа и синтеза, обеспечивает наглядность.

Из множества пакетов схемотехнического моделирования был выбран пакет MicroCAP 9 (МС9). По своим функциональным возможностям МС9 находится между профессиональной программой моделирования аналогово-цифровых устройств Pspice A/D, входящей в состав пакета OrCAD 9.2, и более дешевым базовым вариантом с ограниченными возможностями Pspice A/D Basics+, что видно из таблицы 1.1.

Таблица 1.1

Характеристики программ моделирования

Характеристика	Pspice A/D	Pspice A/D Basics+	MicroCAP 9
Графический ввод схем	Да	Да	Да
Интерфейс с программами разработки печатных плат	Да	Да	Нет
Расчет режимов DC, AC, Transient	Да	Да	Да
Расчет шумов, спектров, вариация температуры	Да	Да	Да
Статистический анализ по методу Монте-Карло и расчет наихудшего случая	Да	Нет	Да
Применение функциональных зависимых источников	Да	Да	Да
Учет задержек распространения сигналов в цифровых компонентах	Да	Нет	Да
Наличие программы идентификации параметров моделей	Да	Нет	Да
Наличие модуля параметрической оптимизации	Да	Нет	Да
Расчет целостности сигналов	Да	Нет	Нет

На сегодняшний день система OrCAD считается самым мощным средством сквозного проектирования цифровой, аналоговой и аналого-цифровой аппаратуры на платформе Windows. Основное отличие МicroСAP 9 от OrCAD – работа под управлением одной управляющей оболочки, в которой при смене режима лишь частично изменяется состав меню команд, что является явным преимуществом. В системе OrCAD при смене режима один экран полностью заменяется другим, выполненным в ином стиле, что затрудняет ее освоение. Кроме того, МicroCAP 9 выгодно отличается от OrCAD объемом занимаемого места на жестком диске. MicroCAP предоставляет обширную библиотеку компонентов, причем математические модели полупроводниковых приборов одинаковы с математическими моделями программы OrCAD Pspice.

Приведем перечень некоторых возможностей MicroCAP 9:

- модели компонентов и их параметры при необходимости легко редактируются;

- в отличие от пакета OrCAD 9.2 можно сделать параметры пассивных компонентов зависящими от токов или напряжений других ветвей схемы, а так же от времени;

- графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков;

- в текстовых надписях на схемах и графиках поддерживается кириллица;

- многовариантный анализ схем (анализ переходных процессов, частотный анализ, анализ передаточных функций по постоянному току при вариации параметров);

- имеется программа MODEL для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным.

К тому же, при наличии ошибок информация о них мгновенно появляется на экране (в OrCAD Pspice большинство ошибок нужно отыскивать в текстовом файле), при необходимости можно легко воспользоваться встроенными средствами помощи.

Планирование работы

Основная задача планирования – обоснованное разделение исследования на этапы и определение сроков их начала и завершения. Сроки являются приблизительными и служат точкой опоры для своевременного окончания работы. В процессе моделирования, анализа и построения методики динамического синтеза имитаторов возможен возврат к предыдущим этапам.

Работа должна выполняться в наиболее короткие сроки, что достигается равномерной загрузкой кадров. Успешное выполнение этих задач достигается с помощью успешного разбиения работы на этапы. Непременным условием плана является максимально возможное совмещение (параллельность) во времени различных этапов. Этапы должны планироваться так, чтобы они были самостоятельными, завершались выполнением определенной работы.

Исследование динамики мощных непрерывных стабилизаторов напряжения является сложной и трудоемкой задачей. Для планирования исследования рекомендуется использовать метод «дерева целей», который позволяет разбить весь объем работ на отдельные подцели и задачи. Дерево целей представлено на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 - Дерево целей

Исходя из поставленной цели и выбранной методики проведения исследований, а так же, используя типовой перечень стадий, этапов и работ, проведение данной работы можно представить в виде сетевого графика (рисунок 1.4)

Рисунок 1.4 - Сетевой график дипломной работы

В данном сетевом графике пронумерованные события следующие:

1. Постановка и анализ задачи.

2. Организация сбора информации об объекте исследования.

3. Выдвижение гипотез и принятие предложений.

4. Определение параметров модели.

5. Установление содержания модели.

6. Обоснование критериев эффективности системы.

7. Определение процедуры аппроксимации.

8. Описание концептуальной модели системы.

9. Проверка достоверности концептуальной модели системы.

10. Определение требований и выбор вычислительных средств для моделирования.

11. Проведение рабочих расчетов.

12. Проведение компьютерного моделирования.

13. Построение схем компьютерного моделирования.

14. Анализ полученных результатов моделирования системы.

15. Получение математической модели по результатам компьютерного моделирования.

16. Проверка достоверности в том числе условия физической реализуемости полученной математической модели.

17. Анализ полученных результатов математического моделирования.

18. Разработка методики синтеза.

19. Подведение итогов, выдача рекомендаций и составление отчетной документации о проделанной работе.

Все указанные на схеме работы были разделены по срокам их выполнения. Результаты такого разбиения приведены в таблице 1.2:

Таблица 1.2

План работ по дипломной работе

Наименование работы	Срок выполнения, нед.
Сбор информации, разработка концептуальной модели
Выполнение рабочих расчетов компьютерного моделирования
Получение математической модели, анализ ее адекватности
Разработка методики синтеза
Оформление пояснительной записки

Таким образом, на выполнение дипломной работы требуется около 13 недель (3 месяца).