射频异构集成微系统多层级协同仿真建模与PDK技术综述

作为后摩尔技术的可选路径之一,基于异构集成工艺实现的集成微系统具有高集成度、低成本、高性能等优点,引起学术界和工业界的广泛关注。异构集成微系统设计是以系统为中心的多层级协同设计,对传统以晶体管为中心的设计方法和设计流程带来新的挑战,同时对设计环境的开发带来新的要求。本文对射频集成微系统设计中所需的基础器件/结构建模方法、多工艺混合工艺设计套件(Process Design Kit,PDK)技术、以及电路-模块-系统多层级协同仿真等技术最新进展进行综述。

微型组合导航SIP芯片的PDN电热协同仿真与优化

随着SIP芯片逐步小型化和集成化,导致芯片对PDN的直流压降、电流密度以及系统的温升控制要求越来越高.本文通过改变载流导体的面积来改善直流压降和电流密度过高的问题,同时针对芯片温升研究通过合理优化热过孔阵列的孔径、过孔数量以及镀铜厚度来减小热阻以达到控制芯片温升的目的.仿真结果表明,增加载流导体的面积能有效降低直流压降和电流密度,且还留有很大的裕量;而热过孔阵列的合理布局能有效控制芯片温升,从而提升了芯片的功能和可靠性.

多学科协同仿真液压挖掘机动力学研究

通过采集液压挖掘机作业轨迹等参数,基于Altair软件Activate和Motion模块,建立挖掘机机构-结构-液压-控制多学科协同仿真模型,以挖掘机作业轨迹为控制目标,对比分析动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸仿真和试验的受力情况,结果表明:仿真与试验的受力趋势相同,动臂油缸作用力平均偏差为5%、斗杆油缸作用力平均偏差为2%、铲斗油缸作用力平均偏差为2%。研究表明,基于多学科协同仿真的挖掘机模型,可以很好地模拟挖掘机作业时的油缸受力情况,该模型可减少试验次数、降低试验成本,同时为挖掘机结构优化设计提供载荷数据,具有一定的工程意义和价值。

航天测控协同仿真互操作协议研究

针对航天测控协同仿真缺乏统一的交互视图无法实现互操作的问题,本文提出航天测控协同仿真实时动态互操作协议,规定了信息交互的语义描述方法和控制逻辑,从顶层规范了不同类型、不同模态的分布式仿真模型间的互操作行为,实现了测控仿真系统的快速集成和高效协同。

基于协同仿真的后掠型风力机气弹响应分析

由于后掠叶片具有积叠线弯曲的结构特点,导致叶片的弹性轴和扭转轴分离,增强了叶片弯扭耦合效应,致使叶片出现强烈的结构非线性变形,同时,沿叶片展向具有明显的三维流动现象。为高精度模拟后掠型风力机的结构振动、变形和气动载荷,通过超级单元法对风力机叶片和塔架结构进行离散,建立了整机刚-柔耦合多体动力学模型;考虑到后掠叶片形状、振动和变形致使空气沿叶片展向三维流动现象显著,采用螺旋尾涡升力线模型分析气动载荷。为高效精确建立包含机械和流体等多学科耦合的风力机模型,采用多体动力学软件建立机械模型,通过Matlab实现叶片气动载荷计算,基于Simulink协同仿真功能实现整机气弹耦合建模。以某后掠型风力机为对象,仿真分析了整机的气弹响应。数值仿真结果表明:本文理论模型和建模方法能有效模拟后掠型风力机的非线性变形和气弹耦合特性,能为新型降载增效机组的气动性能和结构设计提供指导。

2.5D系统封装中高速I/O链路信号/电源完整性协同仿真

提出了一种2.5维(2.5D)系统封装高速输入/输出(I/O)全链路的信号/电源完整性(Signal integrity/power integrity,SI/PI)协同仿真方法。首先通过电磁全波仿真分析SiP内部“芯片I/O引脚-有源转接板-印刷电路板(即封装基板)-封装体I/O引脚”这一主要高速信号链路及相应的转接板/印刷电路板电源分配网络(Power distribution network,PDN)的结构特征和电学特性,在此基础上分别搭建对应有源转接板和印刷电路板两种组装层级的“信号链路+PDN”模型,并分别进行SI/PI协同仿真,提取出反映信号链路/PDN耦合特性的模块化集总电路模型,从而在电路仿真器中以级联模型实现快速的SI/PI协同仿真。与全链路的全波仿真结果的对比表明,模块化后的协同仿真有很好的可信度,而且仿真时间与资源开销大幅缩减,效率明显提升。同时总结了去耦电容的大小与布局密度对PDN电源完整性的影响及对信号完整性的潜在影响,提出了去耦电容布局优化的建议。

水下舱室温控系统一维-三维协同仿真研究

一维工程系统仿真能够有效反映系统动态特性,三维CFD数值模拟能够反映舱室流动细节。本文采用一维系统仿真和三维CFD数值模拟相结合的协同仿真方法,对水下舱室温控系统进行仿真研究。研究表明:一维-三维协同仿真不仅能够反应舱室温湿度分布不均匀等三维效应,而且能够反映系统动态特征,具有一定优势;相较传统的基于温度控制的系统,基于舒适性指标控制有利于提高人员热舒适性;基于舒适性及多传感器控制的仿真结果不仅能提高舱室温度均匀性,而且能提高人员舒适性。

复杂产品协同仿真平台的研究与实现

支持多领域协同CAx/DFx技术的协同仿真技术是当前复杂产品设计分析中的一个研究热点。本文主要研究基于先进分布仿真技术、支持多领域协同CAx/DFx技术开发的协同仿真平台。并给出了一个基于多领域协同仿真的复杂产品设计、分析应用案例。初步实践表明协同仿真平台支持异地分布建模、协同仿真 ,支持不同领域仿真分析工具的集成与互操作 。

多领域协同仿真的高密度永磁电机温升计算

为了有效解决电机温升不易准确计算的难题,该文首先提出基于多领域协同仿真的高密度永磁电机温升计算理念,详细论述温升计算的流程。基于热传导理论,论文导出槽内绕组等效导热系数的计算方法,有效地考虑了漆包线绝缘层、浸渍漆和微孔对电机温升的影响。以一台48槽/8极高密度永磁电机样机为例,基于多领域协同仿真的计算方法,精确计算样机的铁耗、计及集肤效应的交流绕组铜耗,以及永磁体的涡流损耗和电机内的温度场。最后,进行样机的温升试验,温度场计算值与试验结果基本吻合,验证了基于多领域协同仿真的高密度永磁电机温升计算方法的准确性和有效性。

支持虚拟样机的协同仿真平台关键技术研究

为了支持虚拟样机开发环境中不同领域、分布、异构的仿真系统间的信息共享和互操作,提高协同仿真平台的可扩展性和灵活性,提出了灵巧产品模型建模、协同仿真资源库集成管理方案和协同环境运行框架,并具体说明了基于DCOM的仿真工具协同的关键实现技术,支持仿真联邦管理的数据库设计和CORBA的应用实现技术。通过轿车虚拟开发的初步应用实践,基于上述研究所开发的平台能有效支持复杂产品的虚拟开发。

协同仿真平台中的仿真组件技术及其实现

在面向服务的理念指导下,将仿真组件技术引入协同仿真平台的应用开发中,即由元素模型、组件模型和成员模型三种层次的仿真组件组成仿真系统,使用仿真组件提供的服务完成仿真任务,并详细介绍三种组件的概念、构成、开发和部署等关键技术。开发应用时采用面向组件的建模工具描述系统的静态结构和动态行为,根据静态结构自动生成三种组件的框架代码,用户加入功能实体后即完成了仿真的开发,运行时根据动态行为调度仿真组件进行协同工作。

基于Pro/e与ANSYS WORKBENCH的复杂装配件协同仿真及优化

针对单一环境下复杂装配件设计过程存在的局限性,提出了基于Pro/e与ANSYSWORKBENCH协同仿真及优化的解决方案。对Pro/e与ANSYS WORKBENCH协同仿真及优化过程的关键技术——参数化建模、参数传递、接口问题、连接问题、网格策略及优化方案进行了系统的研究。并给出了一个基于该方案的复杂装配件设计、分析及优化的应用案例。初步的实践表明该方案可以有效的解决复杂装配件设计、分析及优化问题。

大型装置起竖系统协同仿真研究

以液压驱动的大型装置起竖系统为研究对象,选择Pro/E、ADAMS、AMESim和MATLAB/Simulink作为软件环境,探讨了复杂机电液一体化系统建模与协同仿真的实现策略。利用Pro/E和ADAMS软件建立起竖机械系统多体动力学模型,利用AMESim软件建立起竖液压系统的模型,利用Simulink建立控制系统的模型,并以MATLAB/Simulink为主仿真环境,通过软件接口将多体动力学模型和液压系统模型集成到MATLAB/Simulink中,并利用参数关联构建系统完整的仿真模型,实现了机械、液压、控制系统仿真模型的有机集成。研究结果对复杂机电液一体化系统的协同仿真与优化设计具有一定的指导意义。

基于HLA的协同仿真运行研究

对应基于HLA的多领域建模,提出基于HLA的协同仿真运行。对HLA的标准MOM交互类进行扩充,增加有关仿真运行暂停、继续,仿真撤销,仿真结束的交互类;定义用于仿真运行启动的CORBA接口;对仿真运行管理器增加判断参与仿真联邦执行的所有成员是否正常加入的功能,并管理三个仿真联邦同步点,以保证协同仿真运行。

融合时间同步策略的主从式信息物理系统协同仿真平台实现

随着电力系统与信息通信系统耦合程度的不断加深,通信带来的信息延时、数据丢包和网络链接中断等问题使得传统的电力系统仿真方式(解耦通信或理想通信仿真方式)难以满足现实的需求。文中在分析现有信息物理系统(CPS)建模技术的基础之上,设计了基于MATLAB和OPNET的主从式CPS协同仿真平台。详细阐述了协同仿真平台的系统架构,以及协同仿真平台中的物理系统模型、信息系统模型、仿真交互模型和基于软件的虚拟量测设备的建模实现方式,重点分析了所设计的融合式时间同步策略。最后通过微电网仿真算例,验证了所建立的协同仿真平台及其时间同步策略的准确性和有效性。

基于MATLAB/SIMULINK与FLUENT的协同仿真方法研究

以水下机器人的动态行为仿真为背景,针对单一环境下仿真水下机器人动态行为和流体动力学问题存在的局限性,提出了基于MATLAB/Simulink与FLUENT协同仿真的解决方案。首先介绍了MATLAB/Simulink与FLUENT的运行机制,分析了两个仿真环境实现协同仿真的技术可行性并提出了三种可行的接口方式。以此为基础,重点研究了FLUENT中嵌入MATLAB/Simulink与MATLAB/Simulink中嵌入FLUENT两种嵌入式协同仿真方式以及并行协同仿真方式的基本思想和具体实现方法。此协同仿真方法不仅对于研究流体环境中物体运动与流体动力紧密耦合的问题提供了有效手段,也为研究其它与流体紧密耦合的物理现象提供了解决思路。

基于ADAMS和MATLAB协同仿真的四轮转向模糊控制策略研究

利用MATLAB/Simulink模糊控制工具箱,提出了建立四轮转向控制系统的模糊控制策略。以质心侧偏角及车身横摆角速度作为模糊控制规则的输入,并依此确定后轮转角的输入,建立模糊控制器。利用多体动力学分析软件ADAMS建立四轮转向汽车的整车多体、多自由度模型,并考虑了悬架、转向系统中空间机构的几何非线性,以及轮胎、衬套、弹簧、减震器等部件的非线性。该模型能准确地表达车辆的动态特性,并对所建立的四轮转向整车模型进行智能控制。利用ADAMS/Control接口,进行了模型的集成和协同仿真。仿真结果表明,模糊控制能较大地改善车辆的操控特性,并具有较强的鲁棒性。

基于接口的协同仿真技术在动态优化设计中的应用

机械系统进行结构动态优化设计的最终目标大多归结为对其进行几何形状的优化,在应用极小值原理对机械结构进行三维形状优化设计时,通常须要使用复杂数值方法才能求解,并且求解的过程相当困难。将先进的协同仿真技术作为一种有效求解工具应用到极小值原理的动态优化设计中,实现对不同设计变量的目标函数的求解。以行星框架为例,采用基于接口的协同仿真技术为求解工具,以行星轮数目为参变量,应用极小值原理对行星框架的几何形状进行动态优化设计,对行星框架的疲劳损伤寿命提供量化数据,为对其进行结构改进提供科学理论依据。

支持协同仿真的模型库管理技术研究

根据协同仿真中对于模型管理的需求,研究了基于 CORBA 的模型库管理系统的三层体系结构,提出了基于模型字典和模型结构相结合的改进面向对象的模型表示方法,研究和实现了模型的版本、配置、操作等管理技术,最后以汽车姿态控制系统为例,对以上设计思想的可行性加以验证。

基于虚拟样机技术的飞机地面运动多学科协同仿真

将多学科协同仿真技术应用于飞机地面动力学研究,以ADAMS/Aircraft软件的多体动力学建模为核心,联合CATIA软件生成飞机和起落架几何构件,联合PATRAN/NASTRAN软件进行模态分析生成柔性体,联合MATLAB软件建立控制系统模型,采用落震与静力试验的结果校核模型,然后对飞机地面滑跑转弯、防滑刹车、摆振等运动进行多学科协同仿真。结果表明,该仿真模型能准确模拟飞机的地面运动,并得到一些有意义的结论。