Описание реализации программы

Было решено получать S-параметры из среды моделирования Microwave Office(MWO). MWO представляет для разработчиков API-интерфейс для связью со средой. На первом этапе была разработана библиотека SMeter, позволяющая измерить характеристики элементов и сохранить их S-параметры при разных наборах параметров модели элементов. Сначала в MWO пользователь создает проект, где задается идеальный элемент, выводы которого подключаются к портам. В свойствах элемента задается пределы варьируемых параметров идеального элемента. Шаг изменения задается в поле «Значение». Далее в приложении GAPProx нажимается кнопка «Получить из MWO» и приложение предлагает сохранить файл. Процесс создания файла требований (S-параметров) может занять длительное время. Время создания зависит от количества параметров элементов и пределов диапазона изменения.

Такую же процедуру необходимо произвести с монолитным элементом.

Модуль измерения характеристик элементов в среде MWO

Модуль SMeter предназначен для получения базы измерений S-параметров интересующего элемента в рамках среды MWO. Модуль реализован в виде DLL библиотеки и используется основной программой. Интерфейсы модуля позволяют получить информацию об активных схемах проекта MWO и задать актуальную схему измерений. Актуальная схема состоит из интересующего элемента, чьи параметры будут варьироваться в заданном пользователем диапазоне. При каждом сочетании параметров производится моделирование в заданном частотном диапазоне. Результаты моделирования представлены s-параметрами элемента при данных значениях параметров и текущей частоте. Матрицы s-параметров записывается в файл базы для дальнейшего использования. Такая процедура записи осуществляется для всего диапазона частот и всех возможных сочетаний параметров элемента. Все возможные сочетания элемента определяются областью ограничения значений каждого из параметров, а так же шагов измерений. Шаг измерений – величина, на которую изменяется значение параметра при следующем проходе измерений. Например, диапазон изменений параметров: 0.1 – 10 пФ и шаг 0.1 пФ. При таких требованиях число точек будет равно 100. Шаг измерения задается для элемента как его текущее значение.

Рисунок 9 – Блок-схема процесса работа модуля Smeter

На рис. 9 схематично изображен процесс работы модуля Smeter, основной задачей которого является создание базы измерений s-параметров элемента в заданном диапазоне изменения параметров элемента и диапазоне частот.

Модули, реализующие генетический алгоритм

Для решений задачи получения полиномов преобразования были использованы генетические алгоритмы как один из эффективных механизмов решения задачи оптимизации. Программа использует две библиотеки генетических алгоритмов: GA_D.dll, GA_H2.dll.

Библиотека GA_D реализуется генетический алгоритм с использованием кодирования в реальных числах (Real-Coded Genetic Algorithm). Настройки генетических алгоритмов оптимально подобраны под заданный класс задач, что предотвращение возникновение затруднений у пользователя.

Библиотека GA_H2 заключает в себе другую реализацию генетических алгоритмов. Настройки генетического алгоритма так же заведено определены.

В текущей реализации программы используется библиотека GA_D. Входными параметрами библиотеки являются настройки алгоритма, информация о числе переменных, а также адрес функции оценки качества полученного решения. В процессе работы, генетический алгоритм использует функцию оценки решения для определения уровня приспособленности особи. Функция оценки представляет собой функцию, которая оценивается процент расхождения значений требуемого и полученного значения s-параметра для исходного идеального элемента и синтезируемого монолитного. Процесс оценки ошибки делается для всех возможных вариантов параметров идеального элемента и полученных полиномами преобразований параметров монолитного элемента. В результате возвращаемое значение соответствует общей средней ошибке при использовании данного полинома преобразования.

Модуль поиска полиномов преобразования GAAProx

Модуль GAAPROX реализован в виде библиотеке DLL. Модуль позволяется определить задачу, выбрав имена базы идеального и преобразованного элемента. Число полиномов преобразования должно автоматически определяется в зависимости от числа параметров преобразованного элемента. Модуль используется базы измерений, полученные модулем Smeter. Одной из центральных задач модуля является установка характера полинома преобразования. В данной версии программы характер полинома фиксирован, однако, в следующих версиях возможна задача характера полинома с помощью интерфейса пользователя. После установки вида полинома и постановки задачи синтеза полиномов преобразования, происходит запуск генетического алгоритма. В качестве входных параметров, генетический алгоритм получается информацию о числе варьируемых параметров и адрес функции оценки решения. В качестве варьируемых параметров выступают коэффициенты и степени полиномов преобразования, заданные в виде чисел с плавающей точкой. После получения необходимой информации, алгоритм готов к работе.

Запуск алгоритма осуществляется нажатием соответствующей кнопки пользователем.

В процессе работа алгоритма, пользователь наблюдает текущее значение лучшего найденного решения, кроме того, полученные результаты сохраняются в файл на диске. После завершения работы, пользователь может использовать полученные полиномы ‘вырезав’ их из файла и вставив напрямую в схему проекта MWO как параметр преобразованного элемента.

Дата добавления: 2015-07-08