Диссертация (1137287), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Количество допустимых вариантовопределяется вычислительной мощностью машины, используемой длярешения задачи. Как правило, прямой перебор при аффинных целевых6функциях и функциях группировки применим при числе вариантов до 10 .Рассмотрим алгоритм решения поставленной экстремальной задачи,опираясь на вышеизложенное.Последовательность действий для решения сформулированной вышезадачи приведена на Рисунок 13.x51НачалоЗаданиефункциональныхограниченийСортировкавариантов по возр.целевой функцииВыбор вариантовпо тех.
и фун.ограничениямВыбор средивариантов с наим.значениемцелевой функцииВычислениецелевой функциидля каждоговариантаКонецРисунок 13 - Алгоритм оптимального выбора элементной базы.1. Задание функциональных ограничений в виде двоичного набора: 1 ,..., m .2. «Отсев» вариантов по техническим и функциональным ограничениям:2.1.Дизъюнкция двоичных наборов для каждого допустимоговарианта:Aj1 ,..., jN F1, j1 ... FN , jNдля всех наборовM1j1,..., M jNN , у которыхc j1 ,..., jN 1.2.2.Сравнение с «эталонным» набором (арифметическое вычитание):B j1 ,..., jN Aj1 ,..., jN . НаборыB j1 ,..., jN, содержащие -1, не удовлетворяютограничениям и исключаются из рассмотрения.
Наборысодержащие1,«избыточны».ТочноесоответствиеB j1 ,..., jNограничениямполучаем при нулевом наборе.2.3.,Проверяем выполнение ограничений для оставшихся вариантов:52kBk ( P k Pmax) 0,k 1,..., n . Наборы, не удовлетворяющиеограничениям, отбрасываем.3. Нахождение оптимума в полученном подмножестве:Вычисление3.1.значенияцелевойфункциидляполученныхвариантов:g j1 ,..., jN T (S j1 ,..., jN )Сортировка3.2.вариантовпо.возрастаниюзначенияцелевойфункции:g1 g2 ...Выбор среди вариантов с наименьшим значением целевой3.3.функции: M ,..., M .1NРассмотрена задача подбора элементной базы при проектированиятехнической системы, состоящей из модулей и компонентов, обладающихопределенной функциональностью.
Реализовано наложение ограничений припроектировании, как на связи между модулями, так и на конечные параметрысистемы. Сформулирована задача многокритериальной оптимизации ипредложен алгоритм ее решения.Стоит отметить, что при решении многокритериальной задачи могутвозникнуть трудности, например, с определением весовых коэффициентов,так как для их задания и оценки адекватности выбранных значенийнеобходимо иметь множество реализованных ранее структур радиоохранныхсистем и статистические данные по их эффективности. В данном случаеможет быть целесообразно упростить задачу до решения однокритериальнойзадачи оптимизации, по энергопотреблению. В этом случае целевойфункцией будет минимизация энергопотребления. Остальные параметры(макс. допустимые габариты, стоимость, масса) необходимо задать как53ограничениесверхувфункцииBk .
В этом случае переход коднокритериальной задаче допустим, но может не обеспечить оптимальногорешения по совокупности остальных ключевых параметров, но обеспечитоптимальный подбор компонентов для увеличения времени работы системыот АКБ, что является целевым фактором. При этом возможно реализоватьвыбор модулей по приоритетам в случае совпадения ключевого параметра энергопотребления, например:Приоритеты: энергопотребление, габаритный размер, стоимость.Группа модулей GSM модемов.1. 20мА, 3.3V; 50х50мм; 20 усл.единиц.2.
20мА, 3.3V; 50х50мм; 10 усл.единиц.3. 30мА, 3.3V; 10х30мм; 5 усл.единиц.При первой итерации выбираются модули №1 и №2, так как минимальноеэнергопотребление является первичным по приоритетам. Второй итерациейиз данных модулей выбираются снова №1 и №2, так как модули обладаютодинаковыми габаритными размерами. И заключительной итерацией из нихвыбираем модуль №2, так как его стоимость оказывается меньше.В этом случае путем последовательного поиска будут отобраныкомпоненты с наилучшим энергопотреблением, и среди выбранных – снаименьшими габаритными размерами и стоимостью.542.4 Основные возмущающие факторы при проектированиирадиоохранной системыРекомендациипреследуютсвоейцельюоказаниепомощипроектировщикам в разработке радиоохранных систем, указывают нааспекты, которые необходимо обязательно учесть при проектированииподобного класса систем.Автомобильной электронике современного транспортного средстваприходится работать при воздействии сильных импульсных помех, причемгенерировать их может как постоянно меняющееся окружение автомобиляпри движении, так и его внутренние электронные системы.
В данномнаправлении по защите и классификации требований электромагнитнойсовместимости необходимо особо выделить работы российских ученыхКечиева Л.Н. и Николаева П.А. В работах были рассмотрены особенностипроведения испытаний, оснащения лаборатории, методы и средстваобеспечения ЭМС автотранспортных средств, схемотехнические решения[47]. В частотном диапазоне от 1 МГц до 2 ГГц электрооборудованиетранспортного средства, обеспечивающее управление и связанное сбезопасностью участников дорожного движения, должно нормально работатьпри уровне воздействия напряженности поля в 100 В/м. Другие системыдолжны нормально функционировать как минимум при 30 В/м, но до 100 В/мне должны выходить из строя[64].Таким образом проектируемая бортовая автомобильная электроникадолжна устойчиво работать при уровнях до 40-50 В/м в условиях свободногополя. Можно выделить два основных вида помех - кондуктивные по цепямпитания и сигнальным линиям и пространственные электромагнитные,распространяющиеся посредством электромагнитного поля.
Для подавленияпервого типа помех существуют различные схемотехнические решения иобразованные ими фильтры [47]. Для защиты от второго типа помех55используется экранирование. Характеристики полей зависят от параметровэлектрических сигналов[42]. Так при малых токах и высоких напряжениях всоздаваемом поле преобладает электрическая составляющая. Такое поленазываетсяэлектрическим(электростатическим).Есливпроводникепротекает ток большой величины при малых значениях напряжения, то вполе преобладает магнитная составляющая, а поле называется магнитным.Поля, у которых электрическая и магнитная составляющие соизмеримы,называются электромагнитными.В зависимости от типа создаваемогоэлектромагнитногополяразличают следующие виды экранирования: экранирование электрического поля; экранирование магнитного поля; экранирование электромагнитного поля.Экранирование электрического поля, заземленным металлическимэкраном обеспечивает нейтрализацию электрических зарядов, которыестекают по заземляющему контуру.
Контур заземления должен иметьсопротивление не более 4 Ом. Электрическое поле может экранироваться и. спомощью диэлектрических экранов, имеющих высокую относительнуюдиэлектрическую проницаемость ε. При этом поле ослабляется в ε раз.При экранировании магнитных полей различают низкочастотныемагнитные поля (до 10 кГц) и высокочастотные магнитные поля.Низкочастотные магнитные поля шунтируются экраном за счетнаправленности силовых линий вдоль стенок экрана. Этот эффектвызывается большей магнитной проницаемостью материала экрана посравнению с воздухом.Высокочастотное магнитное поле вызывает возникновение в экранепеременных индукционных вихревых токов, которые создаваемым имимагнитным полем препятствуют распространению побочного магнитногополя.Заземлениеневлияетнаэкранированиемагнитныхполей.56Поглощающая способность экрана зависит от частоты побочного излученияи от материала, из которого изготавливается экран.
Чем ниже частотаизлучения, тем большей должна быть толщина экрана. Для излучений вдиапазоне средних волн и выше достаточно эффективным является экрантолщиной 0,5-1,5 мм. Для излучений на частотах свыше 10 МГц достаточноиметь экран из меди или серебра толщиной 0,1 мм. Тогда рабочаянапряженность электрического поля под экраном будет ~ 50мВ/м.Следовательно необходимое ослабление экрана 1000 раз ~ 30дБ, чтодостижимоприиспользованииметаллическогоэкрана.Получитькачественный экран с высоким коэффициентом экранирования очень просто– необходимо изготовить замкнутый электрически герметичный контур иобеспечит коэффициент экранирование Кэ порядка 100дБ и более. Вреальных условиях такое экранирование зачастуюневозможно, т.к.необходимы отверстия для ввода кабелей, для вентиляции и дляобслуживания аппаратуры.
Поэтому для обеспечения теплообмена иохлажденияиспользуюперфорациювэкранирующихконструкциях.Взаимосвязь ухудшения коэффициента экранирования от увеличенияразмеров и количества отверстий в экране рассмотрено в работах. [37]Так коэффициент экранирования для круглых отверстий равен:К э 20 log(2d),(13)где - длина волны, а d - диаметр отверстия.Таким образом каждое отверстие или щель в экране сравнимые с 1/20длины волны следует учитывать при планировании экрана.
Например, для1ГГц отверстие диаметром 1,5 мм ухудшит коэффициент экранирования до40dВ, а отверстие диаметром 1,5 см до 20dВ. При увеличении количестваотверстий коэффициент экранирования ухудшится на K n 20 log n .Часто из-за конструкционных особенностей невозможно изменитьразмеры отверстий перфорации экрана, это может ухудшить жесткость57конструкции или не обеспечить достаточный отвод тепла от печатного узла.Вэтомслучае,когданеобходимоиспользоватьотверстиестрогоопределенного диаметра допустимо использовать запредельный волновод.Конструкционно это полая трубка из проводящего материала, длина которойзначительно превышает диаметр. Свойства этой конструкции частотнозависимы.
Электромагнитные волны ниже определенной частоты будутраспространяться с очень большим затуханием. Частота выше которойэлектромагнитная волна распространяется по волноводу практически безпотерь называется частотой среза волновода, и определяется из егонаибольшего внутреннего размера по формуле:f 150000,g(14)где g - наибольший поперечный размер отверстия. Так дляпрямоугольного волновода шириной 5 мм частота среза равна 30 ГГц.Коэффициент ослабления уже будет зависеть и от длины волновода ичастоты и рассчитывается по формуле:К осл f27, 2 d 1 f среза2(15)gВ результате при использовании подобного решения можно получатьконструкции с перфорацией, которая не будет ухудшать экранирующихсвойств в нужном частотном диапазоне, но сильно улучшит тепловойрежим узла, который необходимо экранировать от внешних воздействий.Оптимальное соотношение между площадью отверстий и поверхностьюэкрана лежит в пределах 20 – 30%.58б)а)Рисунок 14 - Виды перфорации в экранирующих конструкцияхКоэффициент перфорации для шестиугольных отверстий (Рисунок 14а) и круглых отверстий (Рисунок 14 б) определяется по формулам:100 D 2;2C(16)90, 69 D 2,C2(17)К перф.шест.отверстийК перф.круг.отв.где D – диаметр отверстия, а С – расстояние между центрами отверстий.Методы расчета и оценки эффективности экранирования спроектированныхконструкций подробно изложены в работах Демского Д.В.
[37].Цепипитаниянеобходиморазрядовиизащищатьвключениясигнальныецепиотнапряжения,бросковприобратнойэлектронныхкомпонентовэлектростатическихполярностиаккумулятора.Проектируемая электроника должна быть устойчива к воздействиюкондуктивных помех по цепям питания в соответствии с ГОСТ 28751-90[23] и к помехам в сигнальных цепях в соответствии с ГОСТ 29157-91 [24].Данный ГОСТ определяет виды испытательных импульсов, которыеразличаются по своей форме и параметрам, функциональные классыизделий, допустимые уровни собственных помех.По устойчивости к воздействиям импульсных помех электронныеприборы, устанавливаемые в автомобилях, делятся на функциональныеклассы:59А - все функции изделий выполняются во время и после воздействияиспытательных импульсов;В - все функции изделий выполняются во время воздействия испытательныхимпульсов, однако значения одного или нескольких параметров могутвыходить за пределы допусков.
После воздействия значения всехпараметров восстанавливаются;С - одна или несколько функций изделий не выполняются во времявоздействияиспытательныхимпульсов,однакопослевоздействияработоспособность изделия восстанавливается;D - одна или несколько функций не выполняются во время воздействияиспытательных импульсов. После воздействия работоспособность изделиявосстанавливаетсяпростойуправляющейоперацией;Е - одна или несколько функций не выполняются во время воздействияиспытательныхимпульсов,послеокончаниявоздействияработоспособность изделия не восстанавливается без проведения ремонта.При этом требования к электромагнитной совместимости задаются втехническом задании проектируемого изделия и должны включать в себятребования по помехоустойчивости и допустимые уровни собственныхпомех. Так, например, современные терминалы системы ЭРА-ГЛОНАСС,которые при совмещенной функциональности могут выполнять не толькосвою прямую функцию оперативного оповещения о дорожно-транспортномпроисшествии, но реализовывать и охранную функциональность, должныотвечать следующим требованиям:Степеньэмиссиииуровнинапряженийпомехвсехвидов,создаваемых терминалом по ГОСТ 28751-90 [23] для бортовых сетейпитания с напряжением 12(24) В, не должны превышать следующихзначений:степень эмиссии: I;пиковое значение напряжения для помех вида 1 - минус 15 (35) В;60пиковое значение напряжения для помех вида 2 - 15 (15) В;пиковое значение напряжения для помех вида 3 - от минус 15 (25) Вдо 15 (25) В.В свою очередь автомобильный терминал ЭРА-ГЛОНАСС долженбыть устойчив к воздействию кондуктивных помех в контрольных исигнальных бортовых цепях в соответствии с ГОСТ 29157-91 [24].Электрические цепи автомобиля не имеют защитного заземления,поэтому вся электроника должна быть устойчива к воздействию помех отэлектростатического разряда, который может спровоцировать, как водитель,так и металлические элементы конструкции кузова транспортного средства,в соответствии с ГОСТ Р 50607-2012 [27] со следующими характеристикамиразрядов:контактный с испытательными напряжениями ±4; ±6; ±7; ±8 кВ;воздушный с испытательными напряжениями ±4; ±8; ±14; ±15 кВ.Частотныедиапазоны,которыеобычнозадействованывсхемотехнических решениях радиоохранных систем: непосредственно наплате – до 150 МГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
