复杂系统多工况状态仿真技术及工程应用.docVIP

复杂系统多工况状态仿真技术及工程应用 　　引言 　　复杂系统多工况状态仿真技术是一项与产品特 　　性及其实际使用环境紧密相关的仿真验证技术。随着系统功能日趋复杂， 应用环境更加多样， 单纯依靠试验验证手段已经无法对复杂系统的工作模式和动态特性进行完整遍历和检测。一些潜在的系统状态无法在早期设计阶段被充分暴露和发现， 造成产品在使用过程中出现非期望状态的情况时有发生。 　　基于电子设计自动化(EDA) 工具的仿真分析技术具有建模灵活性强、监测数据可视性好、验证遍历性高等优点， 能够更全面地模拟系统在外部环境和输入输出参数发生变化时的工况变化过程。这些特性能够弥补目前试验验证手段的不足， 可对复杂系统多工况转换过程进行较全面的验证。 　　本文主要对复杂系统多工况状态仿真技术的方法和流程进行了介绍， 并通过对某型号电源系统开展工程应用， 验证了该技术的工程可行性与有效性。 　　1 多工况状态仿真技术 　　工况是指系统在一定激励条件下的特定响应过程。该定义共包含3 个要素， 分别是系统组成方式、外部激励条件以及系统响应过程。开展多工况状态仿真， 就是用建模仿真方法替代系统的具体构成和外部激励， 并通过设置合理的数据采样点对系统响应进行全过程监测。 　　本文所述的多工况状态仿真技术包括两项工作内容， 分别是基于I / O 量化组合的系统工况划分，以及基于量化仿真手段的功能路径分析。基于I / O量化组合的工况划分是通过遍历量化的外部输入输出参数， 结合系统设计要求， 对各种输入条件下的系统工况进行预判和细分; 基于量化仿真手段的功能路径分析是对系统在特定输入条件下的响应过程进行客观的仿真模拟， 并从功能通路的角度分析响应过程机理是否与设计期望相一致。 　　1.1 基于I /O 量化组合的系统工况划分 　　系统的工况由输入输出的组合情况决定， 并具系统功能分支表的编写是系统工况划分的重要一环， 它是对复杂系统功能的全面梳理， 是开展功能路径追踪的起点， 充分保证了功能覆盖性。在功能分支表的具体编制过程中， 主要采用以下步骤进行： 　　(1) 分析系统组成， 并明确系统各项功能。 　　(2) 将各项系统功能分解成多个子功能， 以此划分功能模块。 　　(3) 确定各功能模块的功能分支， 最终形成系统功能分支表。 　　最终形成的功能分支表， 既包含了能够反映系统输出状态的主要关键参数， 也涵盖了系统各模块传递的中间变量， 能够完整反映信号流和功率流的控制关系和流通路径。 　　2) 环境条件参数与设计指标参数的组合 　　环境条件参数和设计指标参数是对系统输入输出关系的量化说明， 系统架构的设计、功能的配置以及设计参数的选取均以此作为依据。其中， 环境条件参数说明了系统的输入条件， 而设计指标参数是系统的输出指标要求， 两者有机结合能够保证输入条件的覆盖性。 　　需要指出的是， 设计师在设计初期会对系统工况进行初步定义， 此时的工况描述较为粗略， 并不能反映动态过程的细节。而基于I / O 量化组合的划分方法是以功能分支的变化趋势为依据， 能够在工况初步定义的基础上对其进一步细分， 并得出各个工作模式的转换关系及条件。 　　基于I / O 量化组合的系统工况划分， 将系统I / O 参数、工作模式以及功能分支状态严格对应，通过该项梳理， 能够在不同的输入条件下预判出系统所处的工况。 　　1.2 基于量化仿真手段的功能路径分析 　　该部分工作内容是通过对细化后的系统工况进行仿真分析， 从功能实现机理的角度验证各工况下功能路径的构成是否符合设计期望， 以及是否存在非期望工况等。流程如 所示。 　　1) 合理选取采样点， 确保输出波形能够完整表示系统响应过程。采样点应覆盖功能分支表中的所有功能分支， 并能够描述系统动态响应的全过程。当出现非期望功能路径时， 对采样点的选取可进行二次迭代。 　　2) 系统模型输入参数的设置主要依据各工况对应的I / O 量化组合条件， 同时， 还要考虑不同外部环境之间的相互转换过程， 以考察系统模型的瞬态过程。 　　3) 将系统模型的响应过程与期望的功能路径比对， 考察系统响应的正确性。 　　4) 当系统响应过程为非期望状态时， 需要确定产生非期望状态的功能分支， 分析该分支误动的机理， 并提出量化的改进建议。 　　2 工程案例 　　2.1 系统构成及工作原理 　　某信号电源系统包含两个电源子模块， 每个模块都能作为电源独立运行。单个电源子模块包括分流调节电路、充电调节电路、放电调节电路、误差放大电路、一