Требования к критерию оптимизации

Критерий оптимизации (параметр оптимизации, критерий качества) –это признак, по которому оптимизируется ЭС. Он должен отвечать следующим требованиям:

– отражать основное назначение устройства;

– быть количественным, т. е. задаваться числом;

– быть критичным по отношению к параметрам, определяющим его значение;

– быть наглядным, просто определяемым;

– быть однозначным, т. е. заданному набору значений частных критериев качества должно соответствовать одно значение параметра оптимизации;

– иметь физический смысл;

– быть универсальным, т. е. всесторонне характеризовать систему (отвечать системам определенного класса);

– быть полным.

Показатели качества ЭС можно разделить на ряд групп.

Абсолютные показатели качества: функциональные электрические параметры (выходное напряжение, коэффициент усиления, чувствительность, мощность, дальность действия), объем (габаритные размеры), масса, стоимость, степень герметичности, наработка на отказ. Удельные и относительные показатели качества являются отношением функциональных параметров к геометрическим характеристикам изделия, например плотность теплового потока, коэффициент использования массы, коэффициент унификации.

Для успешного решения задачи оптимального синтеза нужно, чтобы параметр оптимизации действительно оценивал эффективность функционирования системы в заранее выбранном смысле. Это требование является главным и определяет корректность постановки задачи.

Многошаговый синтез конструкций ЭС через анализ

(порядок оптимального проектирования)

Математический синтез заключается в математической записи совокупности всех данных Д (формула 1.2), выработке критерия оптимальности, отыскании оптимального решения.

Очевидна сложность и невозможность решения задачи прямого синтеза ЭС, это связано:

– с многообразием и сложностью условий эксплуатации и противоречивыми требованиями, предъявляемыми к ЭС;

– с отсутствием математических моделей ЭС (функции связи (1.1).

Поэтому синтез ЭС осуществляется поэтапно.

На каждом этапе разработчик определяет критерии оптимизации. Далее проводится сравнительный анализ вариантов конструкторских решений по этим критериям. Вариант с лучшим значением показателя качества является исходным для последующего этапа.

Для ЭС синтез состоит в решении двух задач [27]:

– выбор структуры устройства, или структурный синтез;

– выбор числовых значений параметров устройства (схемы) внутри заданной структуры, или параметрический синтез.

Для ЭС под структурой следует понимать совокупность элементов устройства, связанных между собой информационными связями. Под параметром – любое численное выражение характеристики элемента структуры (в электрических схемах элементами структуры являются ЭРЭ: конденсаторы, резисторы, ИМС, транзисторы).

Типовая структурная схема синтеза представлена на рисунке 41.

Вначале выбирается исходная структура устройства. На ее базе собирается макет или модель (определяется функция связи).

Перебором параметров макета подбирается их совокупность, в наибольшей степени удовлетворяющая исходным техническим требованиям (критериям синтеза при заданных входных воздействиях). Если изменение параметров заданной структуры не дает приемлемого решения, то выбирается новая структура и так далее до получения требуемого результата. Такая процедура носит название «многошаговый синтез через анализ» (синтез – анализ – синтез).

Рисунок 41 – Схема оптимального синтеза

Если не удается получить приемлемого решения среди обозримого числа структур, пересматриваются критерии синтеза и входные воздействия.

Таким образом, синтез устройства является сложным итерационным процессом, содержащим следующие основные процедуры:

– формирование критериев синтеза и входных воздействий;

– выбор структуры устройства;

– формирование макета (модели) по заданной структуре;

– определение совокупности параметров, подлежащих вариации;

– организацию перебора варьируемых параметров.

Таким образом, синтез заключается в создании описаний объекта, а анализ – в оценке свойств и исследовании работоспособности объекта по его описанию.

Существенное значение при решении задачи синтеза имеет выбор критерия качества (оптимизации). Формулировка требований к критерию оптимизации приводит к математической формулировке задачи синтеза.

Процесс синтеза при конструировании всегда сопровождается анализом получаемых решений для внесения коррективов, т. е. протекает шаговая процедура приближения к оптимуму по схеме «синтез – анализ – синтез».