Projektowanie układów elektronicznych wspomagane komputerowo

Projektowanie układów elektronicznych
wspomagane komputerowo
Niniejszy skrypt stanowi pomoc dydaktyczną do przedmiotu „techniki obliczeniowe i symulacyjne”, prowadzonego dla studentów II roku kierunku elektronika
i telekomunikacja na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. Jest to
zmieniona wersja wydania pierwszego, które ukazało się w roku 1994.
W wyniku szybkiego rozwoju oprogramowania wspomagającego prace inżynierskie dokonało się przeobrażenie stanowiska pracy projektanta. Świadome korzystanie z tego oprogramowania lub napisanie własnego programu wymaga znajomości przynajmniej podstawowych zagadnień związanych z modelowaniem matematycznym układów fizycznych oraz z rozwiązywaniem opisujących je równań za pomocą metod numerycznych. Problemy te są przedmiotem niniejszej pracy.
Układ treści skryptu, w odczuciu autora, odzwierciedla naturalną kolejność
prac obliczeniowych w procesie projektowania – od opracowania modelu urządzenia (rozdziały 1-4) poprzez jego analizę (rozdziały 4-8) do optymalizacji (rozdział
9). Można wyróżnić dwie główne grupy tematyczne opisywanych zagadnień.
W pierwszej grupie przedstawiono modelowanie matematyczne analizowanych
układów. Zawarto w niej również wiadomości znane studentom z innych przedmiotów – teorii obwodów i podstaw elektroniki, usystematyzowane pod kątem ich
przydatności do obliczeń z użyciem komputera. Drugą grupę poruszanych zagadnień stanowią podstawowe numeryczne metody rozwiązywania często spotykanych zadań: interpolacji, aproksymacji, rozwiązywania liniowych i nieliniowych
układów równań algebraicznych, rozwiązywania układów równań różniczkowych
I rzędu, analizy widmowej oraz optymalizacji.
W opisach algorytmów formalizm matematyczny został ograniczony do niezbędnego minimum, aby nie sprawiać trudności początkującym. Zamiarem autora
nie było zastąpienie istniejącej bogatej literatury przedmiotu, lecz raczej uprzystępnienie czytelnikowi głównych idei prezentowanych metod, które w innych
książkach są opisane w sposób bardziej sformalizowany.
Wiele zagadnień zostało zilustrowanych przykładami obliczeniowymi. Z powodu powszechnej dostępności oprogramowania komercyjnego (np. Matlab, Mathematica, Maple) oraz bezpłatnych pakietów obliczeniowych opublikowanych
w Internecie (Scilab, Octave, Euler) zrezygnowano z prezentacji przykładów kodów źródłowych procedur numerycznych. Sposoby efektywnego wykorzystania
tych procedur są przedmiotem ćwiczeń z użyciem komputerów.