Розробка системи моделювання електронних схем з використанням змінних табличних базисів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.322460Ключові слова:
моделювання електронних схем, схемотехніка, табличні базиси, математичне моделювання, Python, NumPyАнотація
Об’єктом дослідження є система моделювання електронних схем із використанням змінних табличних базисів, що дозволяє оптимізувати процеси розрахунків у складних схемах. У роботі вирішувалась проблема створення моделей електронних схем зі зручним описом компонентів в лінійній системі рівнянь.
Представлено підхід до моделювання електронних схем з використанням змінних табличних базисів. Проблема, що вирішувалася, полягає у підвищенні ефективності моделювання електронних схем різної складності шляхом використання двох підходів: Загальної табличної моделі (ЗТМ) та Гібридної моделі 10 (ГМ10).
Отримані результати демонструють, що ЗТМ забезпечує універсальний підхід до моделювання завдяки швидкому формуванню рівнянь, але призводить до збільшення розмірності матриць. Натомість ГМ10 дозволяє значно зменшити кількість змінних у рівняннях, хоча потребує додаткових обчислень для досягнення повних результатів. До архітектури системи закладено можливість змінювати табличний базис або створювати власний табличний базис для адаптації до конкретних задач моделювання електронних схем завдяки ефективному використанню бібліотек Python, таких як NumPy.
Особливостями та відмінними рисами запропонованої системи є варіативність табличних базисів для оптимального вирішення задач, а також модульність системи, що забезпечує її гнучкість та масштабованість. Також система дозволяє додавати нові компоненти та адаптувати алгоритми під конкретні сценарії.
Сфера практичного використання отриманих результатів охоплює навчальні процеси, наукові дослідження, а також автоматизований аналіз та оптимізацію проєктування складних електронних пристроїв. Система ефективна в умовах роботи зі складними схемами, що містять нелінійні компоненти, і забезпечує швидке розв’язання алгебраїчних рівнянь. Отримані результати показали, що для певного складу схем розміри матриці моделі можуть бути в 1.5 – 2 рази меншими, що суттєво зменшує кількість розрахунків
Посилання
- Petrenko, A. I., Ladogubets, V. V., Tchkalov, V. V., Pudlowski, Z. J. (1997). ALLTED: A computer-aided engineering system for electronic circuit design. Melbourne Vic Australia: UNESCO International Centre for Engineering Education (UICEE), 205.
- Tarabarov, S. B. (1998). Modeliuvannia elektronnykh skhem metodom formuvannia kompaktnoi matrytsi providnostei. Visnyk NTUU «Kyivskyi politekhnichnyi instytut». Radiotekhnika, radioaparatobuduvannia, 32, 48–50. Available at: https://radap.kpi.ua/radiotehnika/article/view/968/923
- Fijnvandraat, J. G., Houben, S. H. M. J., ter Maten, E. J. W., Peters, J. M. F. (2006). Time domain analog circuit simulation. Journal of Computational and Applied Mathematics, 185 (2), 441–459. https://doi.org/10.1016/j.cam.2005.03.021
- Venturini, G. A SPICE-like electronic circuit simulator written in Python. GitHub. Available at: https://github.com/ahkab/ahkab
- Kharchenko, K. V., Taranenko, A. V. (2022). Rozrobka dodatku dlia modeliuvannia ta analizu elektrychnykh kil. Zbirnyk dopovidei I naukovo-praktychnoi konferentsiyi «Systemni nauky ta informatyka», 377–381. Available at: http://mmsa.kpi.ua/sites/default/files/systemni_nauky_ta_informatyka_2022.pdf
- Razavi, B. (2016). Design of Analog CMOS Integrated Circuits. McGraw-Hill: Education, 800. Available at: https://www.academia.edu/76121731/Design_of_Analog_CMOS_Integrated_Circuits_Behzad_Razavi_z_lib_org
- Sundararajan, D. (2022). Mathematical Modeling of Electrical Systems. Control Systems, 45–61. https://doi.org/10.1007/978-3-030-98445-8_3
- Jovicic, A., Jereminov, M., Pileggi, L., Hug, G. (2018). An Equivalent Circuit Formulation for Power System State Estimation including PMUs. 2018 North American Power Symposium (NAPS), 1–6. https://doi.org/10.1109/naps.2018.8600633
- Iyer, S. V. (2018). Simulating Nonlinear Circuits with Python Power Electronics. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73984-7
- Krüger, M. (2024). Flexible and easy to use non-linear transient electric circuit simulator. GitLab. Available at: https://gitlab.com/Makman2/respice/
- Sozański, K. (2024). Low-Cost Hardware Analog and Digital Real-Time Circuit Simulators for Developing Power Electronics Control Circuits. Energies, 17 (24), 6359. https://doi.org/10.3390/en17246359
- Salehizadeh, M., Nouri, H. (2020). Circuit Modelling by Difference Equation: Pedagogical Advantages and Perspectives. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 7 (1), 26–30. https://doi.org/10.18280/mmep.070104
- Kharchenko, K., Beznosyk, O., Kornachevskyy, Y., Taranenko, A. Electronic, mechanic and etc. modeller. GitHub. Available at: https://github.com/konst1970/dnipro
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Kostyantyn Kharchenko, Oleksandr Beznosyk, Yaroslav Kornachevskyy, Bogdan Bulakh, Vadym Yaremenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
