Русский
Українська
English
| ДонНТУ
> Портал магистров ДонНТУ
Стремительный рост вычислительного потенциала персональных компьютеров позволяет успешно использовать их для моделирования процессов, происходящих в электрических схемах. Это делает возможным произвести большую часть отладочных работ при проектировании радиоэлектронного устройства, не прибегая к изготовлению макета. Появились и стали доступными программы, которые позволяют это делать: ELECTRONIC WORKBENCH, MULTISIM, MICROCAP, OrCad, PCAD. Они отлично справляются с множеством практических задач по расчету электронных схем для умеренно высоких частот. На сегодня все они являются программными комплексами сквозного проектирования, позволяющими проводить разработку аналого-цифровых схем от идеи до изготовления печатной платы. Объединяет эти программы то, что их подсистема моделирования базируется на использовании входного языка программы PSpice. Это разработка корпорации MicroSim начала 70-х годов. Исторически она появилась первой и, в силу простоты входного языка и приемлемой надежности использованных алгоритмов, стала своего рода стандартом для подобных программ, современные версии которых обладают развитыми графическими оболочками, позволяющими писать задание на моделирование на естественном для разработчиков языке — языке электрических схем. В большинстве случаев это значительно удобнее, чем использовать текстовый входной язык программы PSpice [1].
На данном этапе развития науки существует множество программ для тестирования цифровых устройств, но все обстоит иначе с диагностикой аналоговых устройств. Программы, тесты в которых пишутся вручную, не обладают достаточной гибкостью и универсальностью, необходимыми для диагностики неисправностей устройств. Функциональность программы зависит от специалиста-диагноста, составляющего тест для той или иной модели устройства. Главной целью данной магистерской работы является разработка метода моделирования неисправностей, с помощью которого будет возможно диагностировать широкий диапазон аналоговых устройств, для последующего устранения обнаруженных дефектов. Именно это направление является актуальным в связи с его новизной и недостаточным опытом диагностирования в данной отрасли.
Научная значимость работыВ данной магистерской работе буду разработаны новый метод и структуры моделирования аналоговых неисправностей, на основе Pspice-модели объекта диагностики.
Практическая ценность результатов работыНа основе предложенных методов и структуры будут разработаны программные средства моделирования аналоговых неисправностей которые могут быть использованы в системе диагностики аналоговых устройств.
Диагностике аналоговых устройств посвящены следующие магистерские работы:
Подобных исследований по Украине нет.
Подобными исследованиями в мире занимались следующие:
В моей магистерской работе будут исследованы простейшие аналоговые устройства, как резистор, индуктивность, конденсатор. Задача является очень трудоемкой, так как даже провести полное тестирование схемы из одних резисторов потребует детальной проработки множества деталей. Необходимо задавать критические параметры для каждого элемента (разрыв, короткое замыкание), а также проверить на небольшие отклонения. Для каждого из резисторов в идеальном случае необходимо выполнить перебор возможных параметров, которые в каждом отдельном случае передавать в систему моделирования OrCad, после чего проводить анализ выходного файла с результатами. В файле будет указано, на сколько произошло или не произошло отклонение в схеме с заданными параметрами.
Система должна выполнять проверку любого аналогового устройства, при этом на входе можно было бы выбирать любой из предложенных сигналов (синусоида, пила, шум), а на выходе схемы подключать анализатор. Но так как задача получается очень объемной, то достаточно будет реализовать простые аналоговые элементы за отведенный для магистерской работы срок.
В результате должна быть получена программная оболочка для управления внутренним языком OrCad – PSpice, на котором и будет производиться моделирование всех изученных устройств.
Структура работы программного комплекса представлена на рис. 1.
Для каждого из элементов схемы будет описана структура следующего формата:
<имя элемента> <узлы подключения> <параметры элемента>
Примеры описания пассивных элементов[4]:
* Сопротивление Rmain номиналом 60 Ом
* подключено между узлами 2 и A1:
Rmain 2 A1 60
Разрабатываемый программный модуль должен выполнять перебор возможно допустимых параметров элементов, после чего передавать эти данные на обработку в OrCad. Система моделирования сравнивает заданную схему с эталонной и результаты работы схем подает на компаратор. Компаратор выдает 0(в случае идентичности работы), либо 1(в случае обнаружения неисправности). Так как при моделировании может получиться не постоянный выходной сигнал, а изменяющийся во времени, следует передавать выходной сигнал эталонной схемы для сравнения результатов после компаратора. При этом определять в процентном соотношении отклонение сигнала компаратора и эталонной схемы, и при заданном значении отклонения выявлять неисправность.
Исследуемая схема должна содержать в себе отклонения значений параметров в заданных пользователем диапазонах, для выявления неисправностей. В случае если выходные данные отличаются в пределах допустимых отклонением, то схема в себе неисправностей не содержит. Приведем еще 1 более наглядный пример входного(рис.2) и выходного(рис.3) файлов.
Три величины представляют интерес в выходном файле: потенциал узла 2, ток источника питания, рассеиваемая мощность[4]. Планируемый для разработки программный модуль будет анализировать полученный результаты и сравнивать их с эталонными, после чего будут построены графики изменений диагностируемой схемы относительно эталонной. Из приведенной ранее структуры разрабатываемого метода моделирования в программный модуль войдут 3 составляющие: моделирующая начальные характеристики и схемы часть, генератор неисправностей в пределах допустимых диапазоном для исследуемой схемы и компаратор. Часть моделирущая характеристики будет содержать базовые эталонные параметры элементов и саму структуру эталонной схемы. Генератор неисправностей будет по уже созданной структуре эталонной схемы изменять значения параметров элементов в допустимых диапазонах. Также планируется моделировать критические неисправности схемы, такие как разрыв и короткое замыкание. Аналоговый компаратор должен выявлять все отклонения в работе исследуемой схемы и отражать это на выходной характеристике, после чего данные будет передаваться в основной программный модуль для дальнейшей обработки.
В результате должен быть разработан новый метод моделирования неисправностей аналоговых устройств, основанный на языке Pspice. Данный метод позволит моделировать кроме неисправностей элементов, критические неисправности. Диагностика будет проводиться сравнением исследуемой схемы с эталонной и по окончании диагностирования выводиться графическая информация о корректности или некорректности работы аналогового устройства.
Важное замечание
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: ноябрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.