〈新〉附录 电路机辅分析(初).doc

附录 电路机辅分析 内容提要：CACD与CACA；电路数据的格式与输入；网络方程的形成；网络方程组的求解；分析结果的形成与输出。 F.1 概述 电路机辅分析（Computer Aided Curcuit Analysis），简称为CACA，是由计算机按一定的方法来进行电路分析的。现代电路设计是电路机辅设计（Computer Aided Curcuit Design），简称为CACD，是以计算机作为主要工具，由设计人员和计算机分别完成电路设计各环节的。 电路分析是电路设计的主要组成部分和基础。图F.1为电路设计程序框图，不难看出：设计的过程是建立在反复分析基础上的迭代过程，迭代在整个设计过程中被一再重复使用，直到输出指标符合预定的设计要求为止，所以说电路机辅设计就其实质而言是个电路机辅分析问题。 传统的电路设计以手工计算和计数器计算为主，只能解决一些小型电路的问题，例如用节点法分析超过十个节点的电路已经非常困难了。由计算机来完成电路分析环节，即CACA不仅提高了计算的速度、精确度和可靠性，而且突破了计算量和电路复杂度的限制，能够在短时间内分析规模庞大结构复杂的电路。计算速度的提高，允许建模时选用更为精确的电路模型，从而使分析结果也更为精确。此外，在设计过程中，还可由计算机迅速精确地完成参数优化和容差分析。因为计算机能用于电路分析、参数优化、容差分析等环节，所以相对传统的人工设计方式而言CACD具有周期短、成本低、可靠性高、节约人力资源、能结构复杂的大规模电路。1962年第一个通用电路分析程序（TAP）诞生，此后电路的计算机辅助设计和分析的研究逐渐深入和系统化，极大地推动了工业技术的发展。 计算机介入的CACA问题多种多样，包括线性和非线性、DC和AC、稳态和瞬态等问题。无论那种问题的分析，电路分析程序均如图F.2所示，由6步组成： 1. 输入电路信息：把实际电路的拓扑结构和元件信息数字化，即将实际电路的信息转化为计算机能识别的数据输入计算机。 2. 建立电路模型：把所有实际电路器件表示为若干理想电路元件的组合，即把实际电路理想化、模型化。 3. 建立网络方程：对代表电路信息的数据按照一定的方法进行分析和计算，建立网络方程。 4. 求解网络方程：用一定的计算方法求得网络方程的数值解。 5. 求解目标函数：进一步求出支路（或元件，或某一部分电路）的电压、电流或功率。 6. 输出分析结果：输出题目要求的电压、电流、功率或相关的波形等分析结果。 其中，第1步由分析者手工完成，第2、3、4、5、6均可由计算机来完成，但建立网络方程、求解网络方程和求解目标函数的方法，由分析者选择确定，并以程序指令的形式存入计算机。对一个理想电路来说，可省去第2步“建立电路模型”。 F.2 电路数据的格式与输入 F.2.1 电路数据的格式 把有关元件、电路结构及需要分析的内容等信息输入给计算机时，应采用固定的格式。有关元件的数据格式中包括：元件类型、元件所在支路序号和元件参数，若是受控源还要说明控制量对应的元件序号或支路序号。元件的数据格式为： 元件类型 元件所在支路序号 元件参数1 元件参数2 （type） （branch） （value1） （value2） 对于直流线性电阻电路，value1为元件参数，value2是受控源的控制量对应支路的序号；对于正弦稳态电路，value1是正弦激励源的相量的模值、阻抗（导纳）的实部、电感、电容或电阻的参数以及受控源的控制系数，value2是正弦激励源的相角、阻抗（导纳）的虚部以及受控源的控制量对应支路的序号。当value1或value2为独立源或受控源的参数时，若其方向与标准复合支路的规定不一致，元件参数要加负号。type可以用字符串或整数表示，用整数表示无伴电压源或无伴电流源时前面加负号，表F-1列出了元件类型对照表。 表F-1 元件类型的字符型表示和整型表示 字符型 G US VCCS CCVS L Z 整型 0 ±2 ±4 ±6 8 ±10 12 字符型 R IS CCCS VCVS C Y 整型 1 ±3 ±5 ±7 9 ±11 13 有关电路结构的数据格式中包括：支路的起始节点和终止节点。有向图的数据格式为： 起始节点 终止节点 (from) (to) 有时为了编程方便，还要添加描述电路类型、节点数n、元件数c、支路数b和正弦电路的振荡角频率等的信息。 若以 type[i] branch[i] value1[i] value2[i] 表示第i个元件的数据格式，以 from[j] to[j] 表示第j支路的拓扑性质，一个n个节点b条支路