Підвищення ефективності розрахунку стаціонарних періодичних режимів електронних кіл на основі спектрального аналізу сигналів

Artem Olehovych Moskovko; Oleh Oleksiiovych Vytiaz; Guy Vandenbosch

doi:10.20535/2523-4455.mea.198174

Т. 25 · № 1 · 2020 лип 6, 2020 Електронні системи та сигнали

Підвищення ефективності розрахунку стаціонарних періодичних режимів електронних кіл на основі спектрального аналізу сигналів

Artem Olehovych Moskovko Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Oleh Oleksiiovych Vytiaz Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Guy Vandenbosch Католицький університет Льовену Бельгія

Сторінки33-40 Опублікованолип 6, 2020

PDF

ТОМ 25 · № 1 · 2020 Переглянути випуск

Анотація

Спектральні характеристики сигналів лежать в основі вибору кроку їх дискретизації у часі, якщо для обчислення цих сигналів застосовується метод аналізу стаціонарних періодичних режимів нелінійних електронних кіл на основі ряду Котельникова-Шеннона. Оскільки отримання самих сигналів і є метою застосування цього методу, виникає замкнене коло: щоб отримати сигнали, необхідно визначити крок дискретизації у часі, а щоб визначити крок дискретизації, необхідно знати спектральні властивості сигналу, а саме верхню граничну частоту, яка обмежує його частотний спектр. У роботі запропонований метод визначення кроку дискретизації сигналу на основі обчислення часткової реакції схеми на пробний сигнал у вигляді функції Хевісайда. Реакція визначається будь-яким чисельним методом, придатним для розв'язування систем нелінійних диференціальних рівнянь першого порядку. За спектральною густиною енергії реакції визначається верхня гранична частота і крок дискретизації сигналу у часі, який визначає необхідну кількість відліків. Наведені приклад застосування запропонованого методу та його порівняльна ефективність.

Ключові слова

#періодичний стаціонарний режим #дискретна згортка #нелінійне електронне коло #ряд Котельникова-Шеннона

Посилання

T. Aprille and T. Trick, “A computer algorithm to determine the steady-state response of nonlinear oscillators,” IEEE Trans. Circuit Theory, vol. 19, no. 4, pp. 354–360, 1972, DOI: 10.1109/TCT.1972.1083500.
T. J. Aprille and T. N. Trick, “Steady-state analysis of nonlinear circuits with periodic inputs,” Proc. IEEE, vol. 60, no. 1, pp. 108–114, 1972, DOI: 10.1109/PROC.1972.8563.
J. R. Parkhurst and L. L. Ogborn, “Determining the steady-state output of nonlinear oscillatory circuits using multiple shooting,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 14, no. 7, pp. 882–889, Jul. 1995, DOI: 10.1109/43.391735.
F. Bizzarri, A. Brambilla, and L. Codecasa, “Shooting by a Two-Step Galerkin Method,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 66, no. 1, pp. 383–390, Jan. 2019, DOI: 10.1109/TCSI.2018.2859309.
A. Brambilla, G. Gruosso, and G. S. Gajani, “FSSA: Fast Steady-State Algorithm for the Analysis of Mixed Analog/Digital Circuits,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 29, no. 4, pp. 528–537, Apr. 2010, DOI: 10.1109/TCAD.2010.2042886.
X.-X. Liu, H. Yu, and S. X.-D. Tan, “A GPU-Accelerated Parallel Shooting Algorithm for Analysis of Radio Frequency and Microwave Integrated Circuits,” IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., vol. 23, no. 3, pp. 480–492, Mar. 2015, DOI: 10.1109/TVLSI.2014.2309606.
T. Nakabayashi, M. Mochizuki, and S. Moro, “Analysis method of periodic solution using Haar wavelet transform for autonomous nonlinear circuits,” in 2015 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS), 2015, pp. 252–256, DOI: 10.1109/ISPACS.2015.7432775.
A. Moskovko, O. Vityaz, and G. A. E. Vandenbosch, “Analysis of Periodic Steady-States of Non-Linear Circuits Using the Discrete Singular Convolution Method,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 66, no. 6, pp. 1063–1067, Jun. 2019, DOI: 10.1109/TCSII.2018.2873189.
A. O. Moskovko, O. O. Vytiaz, and G. Vandenbosch, “Application of the Method of Analysis of Periodic Modes for the Calculation of Transients in Electronic Circuits,” Microsystems, Electron. Acoust., vol. 24, no. 3, pp. 64–71, Jun. 2019, DOI: 10.20535/2523-4455.2019.24.3.171312.
Xin Zhou, Dian Zhou, Jin Liu, Ruiming Li, Xuan Zeng, and Charles Chiang, “Steady-state analysis of nonlinear circuits using discrete singular convolution method,” in Proceedings Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition, pp. 1322–1326, DOI: 10.1109/DATE.2004.1269078.
K. S. Kundert and A. Sangiovanni-Vincentelli, “Simulation of Nonlinear Circuits in the Frequency Domain,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 5, no. 4, pp. 521–535, Oct. 1986, DOI: 10.1109/TCAD.1986.1270223.
A. Ushida and L. Chua, “Frequency-domain analysis of nonlinear circuits driven by multi-tone signals,” IEEE Trans. Circuits Syst., vol. 31, no. 9, pp. 766–779, Sep. 1984, DOI: 10.1109/TCS.1984.1085584.
X. Cheng, Y. Chen, X. Chen, B. Zhang, and D. Qiu, “An extended analytical approach for obtaining the steady-state periodic solutions of SPWM single-phase inverters,” in 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2017, pp. 1311–1316, DOI: 10.1109/ECCE.2017.8095941.
H. Liu, K. Batselier, and N. Wong, “A novel linear algebra method for the determination of periodic steady states of nonlinear oscillators,” in 2014 IEEE/ACM International Conference on Computer-Aided Design (ICCAD), 2014, pp. 611–617, DOI: 10.1109/ICCAD.2014.7001416.
H. G. Brachtendorf, R. Melville, P. Feldmann, S. Lampe, and R. Laur, “Homotopy Method for Finding the Steady States of Oscillators,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 33, no. 6, pp. 867–878, Jun. 2014, DOI: 10.1109/TCAD.2014.2302637.
Z. Chen, K. Batselier, H. Liu, and N. Wong, “An efficient homotopy-based Poincaré-Lindstedt method for the periodic steady-state analysis of nonlinear autonomous oscillators,” in 2017 22nd Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC), 2017, pp. 283–288, DOI: 10.1109/ASPDAC.2017.7858333.
H. S. CARSLAW, “Gibbs’ Phenomenon in Fourier’s Integrals,” Nature, vol. 116, no. 2913, pp. 312–313, Aug. 1925, DOI: 10.1038/116312c0.

Попередня у випуску Вибір меж для шкал медико-біологічних сигналів в алгоритмах їх розпізнавання Наступна у випуску Апаратно-програмний комплекс «Штучна голова». Частина 1 Коригування частотної характеристики тракту

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація

с. 362283.1-362283.7

10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел

с. 356487.1-356487.11

10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення

с. 361138.1-361138.6

10.20535/2523-4455.mea.361138

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Artem Olegovich Moskovko, Oleh Oleksiiovych Vytiaz, Guy Vandenbosch, Застосування методу аналізу періодичних режимів для розрахунку перехідних процесів в електронних колах , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 3 (2019)

Схожі статті

Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз частотних характеристик інвертуючого перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз процесу перетворювача, що встановився зі змінним навантаженням , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Maksym Serhiiovych Fil, Dnys Yurevych Lebeddev, Leonid Mykolaiovych Pavlov, Підвищення стійкості цифрового телебачення до перешкод , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 5 (2019)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Yana Vjyatsheslavivna Kabushka, Anton Serhiiovych Zotko, Ivan Viktorovich Kandrachuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Дальність виявлення малих повітряних об’єктів наземною системою шумопеленгування , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Volodymyr Semenovych Lazebnyi, Chengliang Yin, Оцінювання ймовірнісних процесів у безпроводових мережах стандарту 802.11 , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
Khaldon Araffa, Планування траєкторії антропоморфного крокуючого робота (Biped Robot) , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)

1-10 з 64 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] T. Aprille and T. Trick, “A computer algorithm to determine the steady-state response of nonlinear oscillators,” IEEE Trans. Circuit Theory, vol. 19, no. 4, pp. 354–360, 1972, DOI: 10.1109/TCT.1972.1083500.

[2] T. J. Aprille and T. N. Trick, “Steady-state analysis of nonlinear circuits with periodic inputs,” Proc. IEEE, vol. 60, no. 1, pp. 108–114, 1972, DOI: 10.1109/PROC.1972.8563.

[3] J. R. Parkhurst and L. L. Ogborn, “Determining the steady-state output of nonlinear oscillatory circuits using multiple shooting,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 14, no. 7, pp. 882–889, Jul. 1995, DOI: 10.1109/43.391735.

[4] F. Bizzarri, A. Brambilla, and L. Codecasa, “Shooting by a Two-Step Galerkin Method,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 66, no. 1, pp. 383–390, Jan. 2019, DOI: 10.1109/TCSI.2018.2859309.

[5] A. Brambilla, G. Gruosso, and G. S. Gajani, “FSSA: Fast Steady-State Algorithm for the Analysis of Mixed Analog/Digital Circuits,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 29, no. 4, pp. 528–537, Apr. 2010, DOI: 10.1109/TCAD.2010.2042886.

[6] X.-X. Liu, H. Yu, and S. X.-D. Tan, “A GPU-Accelerated Parallel Shooting Algorithm for Analysis of Radio Frequency and Microwave Integrated Circuits,” IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., vol. 23, no. 3, pp. 480–492, Mar. 2015, DOI: 10.1109/TVLSI.2014.2309606.

[7] T. Nakabayashi, M. Mochizuki, and S. Moro, “Analysis method of periodic solution using Haar wavelet transform for autonomous nonlinear circuits,” in 2015 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS), 2015, pp. 252–256, DOI: 10.1109/ISPACS.2015.7432775.

[8] A. Moskovko, O. Vityaz, and G. A. E. Vandenbosch, “Analysis of Periodic Steady-States of Non-Linear Circuits Using the Discrete Singular Convolution Method,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 66, no. 6, pp. 1063–1067, Jun. 2019, DOI: 10.1109/TCSII.2018.2873189.

[9] A. O. Moskovko, O. O. Vytiaz, and G. Vandenbosch, “Application of the Method of Analysis of Periodic Modes for the Calculation of Transients in Electronic Circuits,” Microsystems, Electron. Acoust., vol. 24, no. 3, pp. 64–71, Jun. 2019, DOI: 10.20535/2523-4455.2019.24.3.171312.

[10] Xin Zhou, Dian Zhou, Jin Liu, Ruiming Li, Xuan Zeng, and Charles Chiang, “Steady-state analysis of nonlinear circuits using discrete singular convolution method,” in Proceedings Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition, pp. 1322–1326, DOI: 10.1109/DATE.2004.1269078.

[11] K. S. Kundert and A. Sangiovanni-Vincentelli, “Simulation of Nonlinear Circuits in the Frequency Domain,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 5, no. 4, pp. 521–535, Oct. 1986, DOI: 10.1109/TCAD.1986.1270223.

[12] A. Ushida and L. Chua, “Frequency-domain analysis of nonlinear circuits driven by multi-tone signals,” IEEE Trans. Circuits Syst., vol. 31, no. 9, pp. 766–779, Sep. 1984, DOI: 10.1109/TCS.1984.1085584.

[13] X. Cheng, Y. Chen, X. Chen, B. Zhang, and D. Qiu, “An extended analytical approach for obtaining the steady-state periodic solutions of SPWM single-phase inverters,” in 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2017, pp. 1311–1316, DOI: 10.1109/ECCE.2017.8095941.

[14] H. Liu, K. Batselier, and N. Wong, “A novel linear algebra method for the determination of periodic steady states of nonlinear oscillators,” in 2014 IEEE/ACM International Conference on Computer-Aided Design (ICCAD), 2014, pp. 611–617, DOI: 10.1109/ICCAD.2014.7001416.

[15] H. G. Brachtendorf, R. Melville, P. Feldmann, S. Lampe, and R. Laur, “Homotopy Method for Finding the Steady States of Oscillators,” IEEE Trans. Comput. Des. Integr. Circuits Syst., vol. 33, no. 6, pp. 867–878, Jun. 2014, DOI: 10.1109/TCAD.2014.2302637.

[16] Z. Chen, K. Batselier, H. Liu, and N. Wong, “An efficient homotopy-based Poincaré-Lindstedt method for the periodic steady-state analysis of nonlinear autonomous oscillators,” in 2017 22nd Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC), 2017, pp. 283–288, DOI: 10.1109/ASPDAC.2017.7858333.

[17] H. S. CARSLAW, “Gibbs’ Phenomenon in Fourier’s Integrals,” Nature, vol. 116, no. 2913, pp. 312–313, Aug. 1925, DOI: 10.1038/116312c0.