ПРЕДСТАВЛЕНИЕ АЛГОРИТМОВ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА РТУ В БАЗЕ ЗНАНИЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

АННОТАЦИЯ

Создание нового поколения радиотехнических устройств (РТУ) требует постоянного совершенствования центров и систем автоматизированного проектирования (САПР). Более того, само проектирование аппаратуры в настоящее время невозможно представить без широкого использования САПР различного уровня. В статье предлагаются решения задач схемотехнического синтеза на начальных этапах проектирования, особенно для широкого класса аналоговых РТУ и аналого-цифровых (комбинированных) РТУ. Для них невозможно формализовать основные процедуры синтеза, которым на верхних уровнях абстракции иерархического описания РТУ, при проектировании, присущи интуитивно-логические рассуждения и субъективные эвристические представления.

ABSTRACT

The creation of a new generation of radio engineering devices requires continuous improvement of computer-aided design (CAD) centers and systems. Moreover, the actual design of the equipment is currently impossible to imagine without the widespread use of CAD systems at various levels. The article offers solutions to the problems of circuit synthesis at the initial stages of design, especially for a wide class of analog and analog-to-digital (combined) RTU. It is impossible for them to formalize the basic synthesis procedures, which, at the upper levels of abstraction of the hierarchical description of the RTU, are characterized by intuitive logical reasoning and subjective heuristic representations during design.

Ключевые слова: База данных, Радиотехническое устройство, Экспертная система, Радиотехника, САПР, синтез, анализ, принципиальная схема

Keywords: Database, Radio engineering device, Expert system, Radio engineering, CAD, synthesis, analysis, schematic diagram.

Введение

Для реализации проектирования РТУ главной нерешенной проблемой является автоматизация начальных этапов проектирования и использования результатов моделирования в процессе схемотехнического синтеза [5]. Ее решение позволит производить сквозное автоматическое проектирование РТУ, которое обеспечит повышение скорости и качества проектирования РТУ, а также надежность спроектированного устройства.

Для решения указанных задач предлагается использовать экспертные системы (ЭС), работающие в режимах «Обучение» и «Проектирование». Рассмотрим алгоритм обучения ЭС на примерах решения стандартной и нестандартной задачи.

1. Стандартная задача

Пусть стандартная задача имеет l методов решения [3]. Каждому методу решения соответствует свой базовый математический алгоритм в разрешенных системой математических операциях. В режи­ме обучения в базу алгоритмов стандартных задач необходимо ввести все l базовых алгоритмов, приведенных к операциям, реализованным в алфавите компилятора. Выбирая один из базовых алгоритмов, определяют состав архитектуры РТУ (набор конструктивов алфавита) с расчетом устройства управления и системы связей и производят оценку генерационных возможностей алгоритма за счет алфавита компилятора. Для i - ого базового алгоритма всего можно получить

параметральных решений. Число N_oi может лежать в диапазоне от сотен до тысяч вариантов и более, поэтому выбор решений и их оценка нецелесообразны.

Можно поступить следующим образом. Оцениваем архитектуру с использованием элементов компилятора, которые имеют минимальные и макси­мальные характеристики S, Т, Р и т. д. Тогда базовую архитек­туру можно оценить диапазоном этих характеристик [S_oimin, S_oimax], [T_oimin, T_oimax], [P_oimin, P_oimax]…, зная, что имеются архитекторы, оценки которых лежат внутри этого диапазона.

Таким образом, можно оценить генерационные возможности любого алгоритма за счет алфавита компилятора.

Генерация алгоритмов от базового заключается во вре­менном распараллеливании (если нас интересует время), структурном совмещении—тактировании (если нас интересует сложность), введении избыточности (если нас интересует надежность) и т. д. Каждый такой шаг от базового дает новый алгоритм на множестве элементов компилятора. Делая предельное распарал­леливание, при предельном совмещении, можно получать аналогичные оценки и для базового алгоритма [1]. Тогда каждый i - й математиче­ский метод, характеризующийся своим базовым алгоритмом, на множестве оценок элементов компилятора можно оценить характеристиками [S_imin, S_imax], [T_imin, T_imax]. Перебирая все базо­вые алгоритмы методов, можно получить подобные характеристи­ки для всех математических методов конкретной стандартной за­дачи. Причем можно найти границы области по всем характери­стикам всех методов интегрально:

S_min = minS_min; S_max = maxS_imax и т.д.

Информация о граничных значениях каждого метода и интегрально всех методов заносится в базу знаний ЭС (БЗ ЭС).

Проектировщик записывает требования к проектируе­мому РТУ и алгоритм его функционирования. Необходимые справки о наличии в БЗ требуемых алгоритмов и оценок проектировщик может получить у лингвистического процессора (интерфейса пользователя), используемого для диалога с системой [4]. Здесь при проектировании возникают две задачи:

• для заданной системы команд синтезировать РТУ, реализующее некоторый класс алгоритмов с заданными ограничениями;
• для некоторого класса задач синтезировать РТУ по заданным критериям с заданными ограничениями.

2. Нестандартная задача

Вторая задача имеет больше степеней свободы и, следовательно, большее пространство решений. Кроме того, система команд во многих случаях не имеет существенного значения, хотя предопределяет как структуру, так и параметры синтезируемого устройства. Поэтому задание системы команд должно быть строго обосновано и действительно необходимым требованием ТЗ. Языковые средства ЭС позволяют учесть заданную систему команд. Обычно же в ЭС система команд не задается. Она получается в процессе проектирования, поскольку рабочий алгоритм в результате модификаций может резко отличаться от исходного именно по системе команд.

В общем случае может быть два достаточно общих типа ТЗ на проектирование РТУ:

• Синтезировать набор РТУ для заданных алгоритмов при ограничениях . Наиболее важный параметр П_i.
• Синтезировать комплект РТУ для заданных алгоритмов по критерию П_l = min или П_l = max при ограничениях , i¹ l. Все остальные возможные ТЗ, так или иначе, сводятся к этим двум.

Если справка из лингвистического процессора показала, что данная задача для системы является стандартной, то при записи ТЗ вместо алгоритма упоминается только имя этой задачи. В противном случае вводится сам алгоритм.

Пусть необходимые оценки стандартных задач в сечениях П_i = П_о определены и имеются в БЗ [2]. Тогда с помощью этих оценок можно оценивать корректность требований ТЗ, не зани­маясь непосредственно самим синтезом.

Первая проверка необходимых условий корректности требова­ний ТЗ заключается в проверке выполнения условий

П_0i Î [П_imin, П_imax],

 где П_0i — i - й параметр ТЗ; П_imin, П_imax- соответственно гранич­ные значения i - го параметра всех методов.

Если условие выполняется, то, возможно, существует метод, который реализует данные требования ТЗ. Возможно, потому что диапазон [П_imin, П_imax] имеет "дырки", которые говорят об отсутствии методов решений, дающих требуемые параметральные оценки.

Заключение

Использование приведенных подходов в разработанной сквозной САПР продукционной и объектно-ориентированной ЭС, реализующих не поддающиеся формализации методики проектирования РТУ, позволило успешно сформировать БЗ для широкой номенклатуры РТУ и их каскадов, а также провести конструктивный схемотехнический синтез.

Список литературы:

1. Долин Г.А., Kudryashova A.Y., Frisk V.V., Shakin V.N. Representation of algorithms for schematic synthesis of radio engineering devices in the knowledge base of the expert system. Представление алгоритмов схемотехнического синтеза радиотехнических устройств в базе знаний экспертной системы./ International Conference on Engineering Management of Communication and Technology, EMCTECH 2020 - Proceedings. 2020. С. 9261556.
2. Долин Г.А., Kudryashova A.Y. Synthesis of structural electrical circuits of radio engineering devices in a hybrid production expert system. Синтез структурных электрических схем радиотехнических устройств в гибридной продукционной экспертной системе./ Synchroinfo Journal. Т. 6. № 3. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер, 2020. - С. 5-9.
3. Dolin G.A., Kudryashova A.Y. Modified methods of circuit simulation of radio engineering devices in the time domain. Модифицированные методы схемотехнического моделирования радиотехнических устройств во временной области. / Synchroinfo Journal. Т. 6. № 2. - М., МТУСИ: ИД Медиа Паблишер, 2020. - С. 7-11.
4. Долин Г.А., Алпеев В.А., Царев П.В., Круглов Н.А., Корыткин А.В. Автоматизация схемотехнического проектирования радиотехнических устройств в экспертной системе./ REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 2. - М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 9-15.
5. Долин Г.А., Смирнов Н.П., Тарбаев Т.В., Цыганков Э.О. Использование метода переменных состояний для определения запаса устойчивости против самовозбуждения узлов аналоговых радиотехнических устройств. /REDS: Телекоммуникационные устройства и системы. Т. 10. № 1. М: Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2020. - С. 34-36.