Диссертация (Разработка моделей и алгоритмов синтеза и анализа проектных решений датчика давления летательного аппарата)

2ОглавлениеВведение...........................................................................................................................5Глава 1. Анализ предметной области. Постановка задач исследования..................141.1 Системный подход к проектированию электронных устройств.........................141.2 Обзор проектных задач, возникающих при разработке датчикадавления..........................................................................................................................211.2.1 Требования, предъявляемые к датчикам давления...........................................211.2.2 Проектные задачи интеллектуального датчика давления................................231.3 Анализ первичных преобразователей давления...................................................261.4 Выводы к главе........................................................................................................34Глава 2.

Автоматизация проектирования статических и динамическиххарактеристик датчика давления.................................................................................362.1 Реализация системного подхода при проектировании статических идинамических характеристик датчика давления........................................................362.2 Автоматизация проектирования статической характеристики датчикадавления..........................................................................................................................362.2.1 Структурно - параметрическая модель для синтеза и анализа статическойхарактеристики датчика давления...............................................................................372.2.2 Разработка расчетной модели для автоматизации синтеза параметровстатической характеристики датчика давления методом интерполяции.................412.2.3 Разработка расчетной модели для автоматизации синтеза параметровстатической характеристики датчика давления методом наименьших модулей....422.2.4 Разработка расчетной модели для автоматизации синтеза параметровстатической характеристики датчика давления методом наименьших квадратов.462.3 Автоматизация проектирования динамических характеристик датчикадавления..........................................................................................................................512.3.1 Структурно - параметрическая модель для синтеза и анализа динамическиххарактеристик датчика давления.................................................................................512.3.2 Анализ переходной функции класса датчиков давления.................................5432.3.3 Анализ частотных динамических характеристик класса датчиковдавления..........................................................................................................................562.3.4 Разработка расчетной модели для автоматизации синтеза параметровпередаточной функции класса датчиков давления по критерию минимальнойдлительности переходного процесса...........................................................................582.3.5 Разработка расчетной модели для автоматизации синтеза параметровпередаточной функции класса датчиков давления по критерию максимальнойширины полосы пропускания частот..........................................................................632.4 Выводы к главе........................................................................................................68Глава 3.

Разработка системных и расчетных моделей для синтеза и анализапроектных решений датчика давления........................................................................703.1 Разработка системной модели для синтеза и анализа статических идинамических характеристик дифференциально-емкостного первичногопреобразователя давления............................................................................................703.2 Разработка системной модели для синтеза и анализа статических идинамических характеристик преобразователя электрических сигналов...............793.3 Разработка расчетных моделей для синтеза и анализа конструкции датчикадавления с помощью интеграции ECAD и MCAD систем........................................853.4 Синтез и анализ конструкции датчика давления на воздействие механическихфакторов в САПР SolidWorks.......................................................................................913.5 Анализ теплового режима датчика давления в САПР SolidWorks.....................973.6 Выводы к главе......................................................................................................101Глава 4.

Разработка методики проектирования класса датчиков давления ипроверка её адекватности...........................................................................................1024.1 Разработка методики проектирования датчика давления..................................1024.2 Проверка адекватности предложенной методики с помощью исследованиехарактеристик разработанного датчика давления....................................................1054.3 Испытания разработанного датчика давления на механическиевоздействия..................................................................................................................1084.4 Испытания разработанного датчика давления на воздействие температуры..11444.5 Выводы к главе......................................................................................................119Заключение...................................................................................................................121Список сокращений.....................................................................................................122Библиографический список........................................................................................124Приложение А.

Приложение к главе 1......................................................................131Приложение Б. Приложение к главе 2.......................................................................140Приложение В. Приложение к главе 3......................................................................145Приложение Г. Патент на полезную модель.............................................................148Приложение Д. Акт о практическом применении результатов диссертационногоисследования................................................................................................................1495ВведениеАктуальность проблемы. В информационно – управляющих системах,используемых при испытаниях и эксплуатации изделий авиационной, ракетной икосмической техники, энергетических установках ЛА доля параметра «давление»составляет существенную часть от общего числа измеряемых величин.

Параметр«давление» используется для измерения скорости, высоты полета, расходажидкости и газа и других параметров. Средством измерения этих параметровявляются датчики давления. Жесткие требования к характеристикам датчиков поточности, быстродействию, надежности в условиях воздействия повышенныхтемператур, вибраций и других неблагоприятных внешних факторов позволяютвыделить класс датчиков со своими особенностями и требованиями к системеавтоматизированного проектирования.Традиционный маршрут проектирования с использованием САПР включаетрешение задач структурного и параметрического синтеза с последующиманализом полученных проектных решений отдельно для электронных схем,программногообеспечения,несущихконструкций.СовременныеСАПРпредлагают ограниченные возможности для решения задачи структурногосинтеза. Возможный подход к решению задачи структурного синтеза может бытьследующим.

Датчик рассматривается как сложная система с учетом связей ивзаимодействий входящих в состав подсистем. Тогда, построив системнуюмодель датчика и соответствующие структурно – параметрические моделиподсистем, возможно установить связи и определить параметры подсистемдатчика с учетом заданных ограничений и параметров внешней среды.Использование описанного подхода тесно связано с выбором маршрутапроектирования.НаэтапевыбораСАПРучитываютсяпотенциальныевозможности, особенности и эффективность использования САПР на различныхэтапах проектирования, возможность поддержки типовых решений и стандартныхбиблиотек; распространенность и возможность стыковки с другими САПР и др.6Для решения перечисленных задач возникает необходимость использованиянескольких САПР для создания единого маршрута проектирования.Таким образом, задача проектирования выделенного класса датчиковпредполагает следующую особенность процедуры проектирования – совместноепроектированиепервичногопреобразователя,аналоговогоицифровогофрагмента прибора, несущих конструкций в условиях воздействия повышенныхтемператур, вибраций и других неблагоприятных внешних факторов призаданных требованиях по точности, быстродействию, надежности.В соответствии с системным подходом, проектирование датчика давленияразбивается на уровни, где элемент может быть описан с использованиемсистемной и набора структурно – параметрических моделей, учитывающихвнешние связи.

В рамках данного подхода необходимо разработать модели иалгоритмы для синтеза и анализа статических и динамических характеристикдатчика давления, первичного преобразователя, моделей для проведенияповерочных конструкторских расчетов, проектирования несущих конструкций икак результат - методику проектирования для выделенного класса датчиковдавления.