КТНИ (2009-2013)
Компьютерные технологии в научных исследованиях
Лектор: к.т.н., доцент Марина Аркадьевна Амелина.
Цель освоения дисциплины - формирование у студента базовых профессиональных навыков и умений в области использования компьютерных технологий в научных исследованиях и при подготовке отчетов по ним.
Программа курса
магистратура, 1 семестр
Основные задачи и способы проектирования электронных устройств. Система автоматизированного проектирования (САПР) как человеко-машинная система. Понятие о математическом, информационном, программном и техническом обеспечении САПР.
Сравнительная характеристика современных систем компьютерного моделирования электронных схем: ORCAD, Micro-Cap, SWCAD, Proteus, Simulink. Методика выбора системы моделирования под конкретную задачу.
Матричные методы расчета статического режима и поведения в частотной области линейных схем: контурных токов, узловых потенциалов, обобщенных ветвей, гибридный метод. Их использование в программах схемотехнического анализа.
Основные виды нелинейностей в электронных схемах. Расчет статического режима нелинейных схем. Методы решения нелинейных уравнений. Алгоритм Ньютона-Рафсона численного решения систем нелинейных уравнений — основной численный метод статического анализа сложных нелинейных схем в программах схемотехнического анализа.
Постановка задачи моделирования динамических систем. Виды моделей: для больших и малых уровней возмущений. Линейные динамические системы. Определение порядка системы. Моделирования динамических процессов в линейных системах. Анализ в частотной области (AC-анализ). Обеспечение устойчивости линейных систем с обратными связями, использование анализа разомкнутой системы в частотной области (AC-анализа).
Моделирование динамики нелинейных систем. Постановка задачи моделирования динамики сложных нелинейных систем в форме Коши. Специальные методы моделирования переходных процессов в электронных схемах: метод дискретных эквивалентных схем, метод усреднения в пространстве состояний, метод Z-преобразования (решетчатых функций и разностных уравнений).
Основная проблематика проектирования устройств силовой электроники. Необходимость математического моделирования на всех стадиях проектирования и макетирования. Математические модели силовых полупроводниковых приборов (биполярного транзистора BJT, МОП-транзистора MOSFET, биполярного транзистора с изолированным затвором IGBT, тиристора, диода). Возможность и условия замены полной имитационной модели полупроводникового прибора ключевым элементом с плавным переключением.
Общие сведения о методах моделирования переключательных схем (с переменной конфигурацией). GSIM-модели импульсных регуляторов постоянного напряжения для усредненных величин переменных состояния для 3-х режимов управления: Voltage Mode, Peak Current Mode, Average Current Mode.
Активные ККМ, основные алгоритмы коррекции (споcобы формирования кривой входного тока импульсного регулятора). Использование усредненных GSIM-моделей для исследования ККМ. Моделирование ККМ с помощью программ Micro-CAP, LTSpice (Swcad).
Моделирование усилителей мощности низкой частоты в среде программы Micro-CAP. Расчет коэффициентов нелинейных искажений (коэффициента гармоник THD) и его зависимости от частоты и амплитуды входного сигнала. Расчет коэффициента интермодуляционных искажений IMD по различным методикам и его зависимости от амплитуд входных сигналов.Расчет нелинейных искажений в программе Micro-Cap.
Моделирование цифровых и микропроцессорных устройств. Смешанное моделирование. Использование для этих целей программы Proteus.
Эмуляция работы микроконтроллеров и микропроцессоров в среде Proteus. Написание, корректировка программ на ассемблере и C, их трансляция, получение машинного кода. Отладка программы. Моделирование устройств на PIC и AVR-микроконтроллерах.
Оформление магистерских диссертаций и научных статей с использованием текстового процессора MS Office Word 2007 (2003), редактора растровых графических изображений Photoshop.
Литература
Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 464 с. ил.
Володин В.Я. LTspice: компьютерное моделирование электронных схем. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 400 c.: ил.
Златин И.Л. Схемотехническое и системное проектирование радиоэлектронных устройств в OrCAD 10.5 — М.: Горячая линия-Телеком, 2008. – 352 с.: ил.
Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005, 2007. — 528 с.
Брей Б. Применение микроконтроллеров PIC18. Архитектура, программирование и построение интерфейсов с применением C и ассемблера. Пер. с англ. — К.: «МК-пресс», СПб: «КОРОНА-ВЕК», 2008. — 576 с., ил.
В.В. Фриск, В.В. Логвинов Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008. — 608 с: ил.
Логвинов В.В., Фриск В.В. Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной и стационарной радиосвязи, теория электрических цепей. Лабораторный практикум – II на персональном компьютере. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 656.: ил.