Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Реализация численных алгоритмов анализа методом гармонического баланса

Работа №130342

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

информатика

Объем работы45
Год сдачи2018
Стоимость4990 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
19
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
Постановка задачи
Обзор литературы
Глава 1. Однотонновый гармонический баланс
1.1. Прямой метод
1.2. GMRES
1.3. GMRES с предобуславливанием ....
1.4. Заключение
Глава 2. Многотонновый гармонический баланс
2.1. Формулировка задачи
2.2. Искусственное отображение частот . .
2.4. Заключение
Глава 3. Реализация
3.1. Программная реализация алгоритма .
3.2. Модификации алгоритма
3.3. Параллельные вычисления
3.4. Заключение
Глава 4. Эксперименты
4.1. Сравнение методов
4.2. Ускорение модификациями
4.3. Параллельные вычисления
Заключение
Список литературы


С быстрым распространением беспроводных технических устройств все более и более актуальной становилась задача анализа установившихся режимов нелинейных систем в симуляторах аналоговых схем. Существовавший ранее временной анализ переодических режимов (Periodic Steady State analysis - PSS) успешно справлялся с сильно нелинейными задачами. Тем не менее, этот метод оказалось сложно применять для моделирования радиочастотных схем, в которых обычно присутствует сильный разброс частот. Также подобные алгоритмы испытывают затруднения при наличии в схеме частотных компонентов, например фильтров, длинных линий, много-полюсников. Для анализа таких систем был создан метод гармонического баланса.
Гармонический баланс (Harmonic Balance - HB)стотный метод для поиска установившихся режимов. Активно используется в анализе электрических (чаще радиотехнических и СВЧ) схем. Последнее десятилетие находит применение и в задачах аэро и гидродинамики для поиска периодических потоков и анализа турбулентности.
В данной работе представлены алгоритмы применения метода гармонического баланса к различным схемам, в том числе, и большой размерности. Будут предложены модификации для ускорения работы алгоритма, а также минимизации потребления памяти. В первой главе рассмотрены методы решения однотоннового гармонического баланса. Во второй — сведение задачи многотонного гармонический баланс к однотонновому. В третьей главе представлена реализация анализа с предложением модификаций для ускорения работы алгоритма, в том числе и с использованием параллельных вычислений. Результаты экспериментов на различных схемах показаны в четвертой главе. 


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В данной работе проведено научное исследование для реализации анализа электрических схем методом многотоннового гармонического баланса как инструмента пакета схемотехнического моделирования. Для решения задачи использовались как прямые, так и итерационные алгоритмы. Проведен анализ предобуславливателей для ускорения сходимости алгоритма GMRES. Показано сведение задачи многотоннового гармонического баланса к однотонновому. Предложены модификации стандартного алгоритма для создания более гибкого и быстрого инструмента анализа схем. Проведены эксперименты с технологиями параллельных вычислений для ускорения работы метода гармонического баланса на схемах большой раз¬мерности. Проведены эксперименты, показывающие значимость подобных дополнений.
В анализе методом гармонического баланса все еще есть множество проблем и предметов для исследования. На практике встречаются схемы, из-за плохой обусловленности которых разложение блоков предобуславливателей, представленных в статье, добавляет большую погрешность при поиске нового приближения итерационным алгоритмом. Алгоритм требует дополнений и улучшений для работы с осцилляторами. Также тяжелой задачей является правильный подбор параметров метода гармонического баланса для устойчивой сходимости метода Ньютона, эффективного разложения матриц прямыми методами и быстрой сходимости итерационных алгоритмов.
Все эти проблемы оставляют метод гармонического баланса актуальной задачей и порождают дальнейшие исследования в этой предметной области.



[1] K.S. Kundert, J. White, A. Sangiovanni-Vincentelli, "Steady-State methods for simulation analog and microwave circuits," Kluwer Academic Publishers, 1990
[2] K.S. Kundert, "Introduction to RF simulation and its application," IEEE
J. Solid-State Circuits, vol. 34, no. 9, pp. 1298-1319, Sept. 1999
[3] J. Gilmore, Rowan & B. Steer, Michael, "Nonlinear circuit analysis using the method of harmonic balance—a review of the art. II. Advanced concepts," International Journal of Microwave and Millimeter-Wave Computer-Aided Engineering. 1. 159 - 180. 1991
[4] K.S. Kundert, G.B. Sorkin, A. Sangiovanni-Vincentelli, "Applying harmonic balance to almost-periodic circuits," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 36, issue 2, pp. 366-378, Feb. 1988
[5] O. Nastov, "Spectral methods for circuit analysis," Ph.D. thesis, Massachuetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, USA, 1999.
[6] O. Nastov, R. Telichevsky, K. Kundert and J. White, "Fundamentals of fast simulation algorithms for RF circuits," IEEE Proc., vol. 95, no. 3, pp. 600-621, March 2007
[7] O. J. Nastov and J. K. White, "Time-mapped harmonic balance," Proceedings 1999 Design Automation Conference (Cat. No. 99CH36361), New Orleans, LA, pp. 641-646, 1999
[8] A. R. Farsaei and R. Safian, "A novel method for calculating initial condition in harmonic balance analysis exploiting Volterra series," 2009 International Conference on Advances in Computational Tools for Engineering Applications, Zouk Mosbeh, 2009, pp. 324-328.
[9] M. Schetzen, "The Volterra and Wiener Theories of Nonlinear Systems," New York, John Wiley & Sons,1980.
[10] J. Kawata, T. Yousuke, M. Oda, Y. Yamagami, Y. Nishio, A. Ushida, "Spice-Oriented Frequency-Domain Analysis of Nonlinear Electronic Circuits," IEICE Transactions, vol 90-A, pp. 406-410, Feb. 2007
[11] T. Kinouchi, Y. Yamagami, Y. Nishio, A. Ushida, "Spice-Oriented
Harmonic Balance and Volterra Series Methods," 2007
[12] H. Liu and N. Wong, "Autonomous Volterra Algorithm for Steady-State Analysis of Nonlinear Circuits," IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 32, no. 6, pp. 858-868, June 2013
[13] Y. Thodesen and K. Kundert, "Parametric harmonic balance," 1996 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, San Francisco, CA, USA, vol.3., pp. 1361-1364,1996
[14] Suihua Lu, A. Narayan and A. Mehrotra, "Continuation method in multitone harmonic balance," 2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (IEEE Cat. No.04CH37512), 2004, pp. V-520-V-523 Vol.5.
[15] G.W. Somers, "Acceleration of Block-Aware Matrix Factorization on
Heterogeneous Platforms," 2016
[16] B. Bandali, E. Gad and M. Bolic, "Accelerated Harmonic-Balance Analysis Using a Graphical Processing Unit Platform," IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 33, no. 7, pp. 1017-1030, July 2014.
[17] A. Sangiovanni-Vincentelli, Li-Kuan Chen and L. Chua, "An efficient heuristic cluster algorithm for tearing large-scale networks," IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol. 24, no. 12, pp. 709-717, December 1977.
[18] Y. Saad and M.H. Schultz, "GMRES: A generalized minimal residual algorithm for solving nonsymmetric linear systems," SIAM J. Sci. Stat. Comput., 7:856-869, 1986
[19] Y. Saad, "Iterative methods for sparse linear systems," Soc Ind Appl Math
1996, p. 447.
[20] F. Veerse, "Efficient iterative time preconditioners for harmonic balance RF circuit simulation," Proc 2003 IEEE/ACM Int Conf Compu Aided Des, Washington, DC, USA, 2003. IEEE Comput Soc, pp. 251-254, 2003.
[21] M. Honkala, V. Karanko, "Mixed preconditioners for harmonic balance Jacobians," International Journal of RF and Microwave Computer?Aided Engineering 19. pp. 211-217, 2009.
[22] Y. Saad, "A Flexible inner-outer preconditioned GMRES algorithm," SIAM J Sci Comput 14, 461-469, 1993.
[23] H.A. van der Vorst and C. Vuik, "GMRESR: A family of nested GMRES methods," Numer Lin Algebra Appl 1 (1994), 369-386.
[24] V. Rizzoli, C. Cecchetti and A. Lipparini, "A General-Purpose Program for the Analysis of Nonlinear Microwave Circuits under Multitone Excitation by Multidimensional Fourier Transform 17th European Microwave Conf. Proc., pp.635-640, Rome, Sept. 1987.
[25] V. Rizzoli, C. Cecchetti, A. Lipparini and F. Mastri, "General-Purpose Harmonic Balance Analysis of Nonlienar Microwave Circuits Under Multitone Excitation," IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. MTT-36, pp.1650-1659, Dec. 1988.
[26] N. B. De Carvalho and J. C. Pedro, "Multitone frequency-domain simulation of nonlinear circuits in large- and small-signal regimes," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 46, no. 12, pp. 2016-2024, Dec 1998.
[27] J. C. Pedro and N. B. Carvalho, "Efficient Harmonic Balance Computation of Microwave Circuits Response to Multi-Tone Spectra 29th European Microwave Conference Proc., vol. I, pp.103-106, Munich, Oct. 1999.
[28] D. Hente and R. H. Jansen, "Frequency Domain Continuation Method for the Analysis and Stability Investigation of Nonlinear Microwave Circuits IEE Proceedings Pt. H, vol. 133, pp.351-362, 1986.
[29] P. J. Rodrigues, "A General Mapping Technique for Fourier Transform Computation in Nonlinear Circuit Analysis Microwave and Guided Wave Letters, vol. 11, pp.374-376, Nov. 1997.
[30] E. Gad, "Simulation of RF integrated circuits," 2007
[31] A.A. Amini and P. Gunupudi, "Self-Consistent Steady-State Simulation of Microwave Photonic Systems Using Harmonic Balance," IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 4, no. 3, pp. 472-479, March 2014.
[32] 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," in IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 23, no. 3, pp. 480-492, March 2015
[33] J.M. Bahi, R. Couturier, L. Z. Khodja. "Parallel GMRES implementation for solving sparse linear systems on GPU clusters," In Proceedings of the 19th High Performance Computing Symposia (HPC ’11). Society for Computer Simulation International, San Diego, CA, USA, 12-19, 2011.
[34] P. Li and W. Dong, "Parallel Preconditioned Hierarchical Harmonic Balance for Analog and RF Circuit Simulation," Advances in Analog Circuits Esteban Tlelo-Cuautle, IntechOpen, Feb. 2011.
[35] J. Meng, Q. Zhu, Y. Pang, X. Lai, X. Zhang and Y. Zhu, "Multi¬core accelerated harmonic balance method for multi-tone full chip RFIC simulation," 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Baltimore, MD, pp. 1-4, 2011.
[36] W. Dong and P. Li, "Accelerating Harmonic Balance Simulation Using Efficient Parallelizable Hierarchical Preconditioning," 2007 44th ACM/IEEE Design Automation Conference, San Diego, CA, pp. 436-439, 2007.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.