Виды моделирования в электротехнике и радиотехнике. Методы структурного моделирования
Моделирование — это изучение объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей существующих объектов, явлений или процессов с целью получения необходимых данных.
Моделирование можно разделить на два основных вида:
- Функциональное моделирование.
- Структурное моделирование.
Структурное моделирование — это моделирование организационной структуры систем и подсистем, то есть моделирование их состава и связей между элементами.
Структурное моделирование вкупе с имитационным, математическим и статистическим моделированием применяется при:
- моделировании работы объекта/системы при фиксированном факторе,
- создании экономического объекта,
- расчете структурных характеристик,
- моделировании работы системы/объекта во временном периоде.
Назначение структурного моделирования заключается в модификации и построении организационных структур объекта или системы, а также оптимизации связей между их элементами. Правильная организация подсистем и их составляющих определяет оптимальное функционирование всей системы (объекта), которое отражается в ее максимальной доходности. Структура каждой подсистемы системы может меняться в зависимости от различных внутренних и внешних факторов.
Все методы структурного моделирования, которые используются при моделировании электрических и электронных систем (объектов) основаны на следующих принципах: расчленение моделируемой системы (объекта) на части типа «черные ящики», иерархическая организация «черных ящиков», применение графических средств с целью определения функциональной связи между блоками структурной схемы. Принцип расчленения на «черные ящики» не предполагает знания о внутреннем строении каждого блока, проектировщику необходимо знать только его выходы и входы. Принцип иерархии заключается в последовательной детализации структурного описания проектируемой системы (объекта) — сначала она описывается как взаимодействие самых крупных блоков, а потом каждый блок детализируется, что способствует более лучшему пониманию сложных схем.
Структурно-функциональное моделирование в радиотехнике
В настоящее время практически на всех этапах проектирования радиоэлектронной аппаратуры (проектирование схемы, разработка конструкции и корпуса, оценка тепловых режимов, оценка надежности, оценка электромагнитной совместимости, трассировка печатных плат, определение конструктивных требований и т.п.) используются специальные программы автоматического проектирования электронных устройств — САПР. Благодаря использованию данных программных средств, проектирование радиоэлектронного устройства можно разделить на несколько задачи: моделирование на уровне структурной схемы, структурно-функциональное моделирование смешанных аналого-цифровых устройств, проектирование печатных плат, синтез логики, тепловое моделирование и т.п.
Преимущества использования САПР следующие:
- Во-первых, отсутствует необходимость в экспериментальных исследованиях, для осуществления которых необходимы дорогостоящие измерительные приборы, радиодетали, а также длительная настройка необходимых макетов и их трудоемкая сборка.
- Во-вторых, появляется возможность всестороннего исследования проектируемых устройств в разных режимах работы, что не всегда можно сделать при натурных испытаниях.
- В-третьих, можно оценить воздействие статистического разброса характеристик и параметров отдельных составляющих на работу системы в целом.
- В-четвертых, появляется возможность исследования внешних дестабилизирующих факторов.
Структурное моделирование линий электропередач. Программы для структурного моделирования
При структурном моделировании электрической сети, структурная модель используется для ее отдельных составляющих. Каждый ее элемент изображается графически и при помощи математических уравнений, которые отражают его структуру или наоборот являются исходными данными для построения изображения электрической сети, где каждой ее составляющей, изображенной графически, ставится в соответствие определенная информация, которая должна отражать ее электромагнитные свойства. В процессе решения задачи на структурную схему накладывается схема другого вида, например, информационная. Пример такой схемы линии электропередач изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема линии электропередач. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При проектировании электрических и электронных систем (объектов), наиболее часто используются следующие программы:
- Simulink, в которой реализуются принципы визуального программирования;
- SysCalc, которая используется для расчета различных характеристик;
- LabView - среда прикладного графического проектирования.
