Методология системотехнического проектирования электронных и радиоэлектронных средств (в двух частях)

направлениедвижения и распространенияпотока ТО неоказывает никакоговлияния (свободно падающая струя воды, летящая пуля, световой луч, поток электронов). Проведение – это движение, ограниченное связями; непроведение – свободное движение.

5.Преобразование – обратное преобразование. Это наиболее распространён-

ные основные операции, противоположные друг другу, обеспечивающие изменение свойств энергии, вещества и сигналов.

Под преобразованием энергии понимается превращение одного вида энергии в другой, которое происходит, например, в электродвигателе или двигателе внутреннего сгорания. К различным видам энергии относятся тепловая, кинетическая, потенциальная, звуковая, оптическая и другие.

Под преобразованием вещества понимается его качественное изменение, добавление или исчезновение определённых свойств вещества (например, изменение агрегатного состояния, нормальная проводимость – сверхпроводимость, немагнитное – магнитное вещество и т.п.).

Под преобразованием сигналов следует понимать операции, при которых одна физическая входная величина превращается в другую выходную физическую величину.

6.Увеличение – уменьшение плотности потока. Эти основные операции из-

меняют состояние потока, т.е. значения какой-либо скалярной или векторной физической величины. При этом на входе и выходе имеем одну и ту же физическую величину. Примерами устройств реализации операций «увеличение» и «уменьшение» являются: система рычагов, зубчатые передачи, передачи с изменяемым крутящим моментом, электрические трансформаторы, механические и электрические усилители, вентили, задвижки, регулирующие площадь сечения потока.

7.Изменение направления. Эта основная операция обеспечивает изменение направления векторной физической величины, значение которой остается неизменным. Изменение направления осуществляют коленчатые равноплечные рычаги, передачи с коническими шестернями, зеркала и отражательные пластины (рефлекторы), изогнутые трубопроводы, волноводы или световоды и т.п.

Заметим, что для реализации операций «изменение направления» и «проведение» в отдельных случаях могут использоваться одинаковые физические эффекты и соответственно одинаковые конструктивные элементы. Например, волновод может применяться для проведения пучка радиоволн и для изменения его направления; такуюжедвойнуюфункциюможетиметьсветоводили резиновый шланг сжидкостью. Это объясняется тем, что конструктивные элементы имеют не одно, а несколько свойств.

8.Выравнивание – колебание. Основная операция «выравнивание» преобразует колеблющийся (пульсирующий или нестационарный) поток в стационарный (электрические выпрямители, муфты свободного хода, обратные запорные клапаны

ит.п.). Операция «колебание» производит обратное преобразование (кривошипный механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в колебательное, прерыватель, колебательный контур и т.п.).

380

9.Связь – прерывание. Основная операция «прерывание» аналогично выключателю прерывает (останавливает) поток энергии, вещества или информации и соответственно прекращает их передачу от одного пункта к другому. Операция «связь», напротив, восстанавливает (возобновляет) движение или передачу энергии, вещества и сигналов в потенциально существующем потоке. Примеры устройств, реализующих эти операции:выключатели, соединительныемуфты, затворы, задвижки, запорные клапаны и т.п.

Следует заметить, что для реализации операций «связь–прерывание» и «увели- чение–уменьшение» в отдельных случаях могут быть использованы одинаковые конструктивные (функциональные) элементы, которые обеспечивают реализацию двух основных операций (например, транзистор в режиме электронного ключа, задвижка на трубопроводе и т.д.).

10.Соединение (композиция) – разъединение (декомпозиция). Основные операции «соединение–разъединение» имеют отношение к неоднородным потокам (энергий, веществ и сигналов) с различными значениями физических величин (массой, плотностью, окраской, агрегатным состоянием, амплитудой, длиной волны, геометрической формой, размерами и т.д.). Примеры реализации операции «соединение»: смесители механических компонентов, частот, электрических сигналов, карбюраторы и насосы, соединяющиеэнергиюи вещество, и т.п. Примерыустройств реализации операции «разъединение»: сепараторы, центрифуги, различные фильтры, спектроскопы, сортирующие устройства, гидравлические двигатели, или турбины, радиаторы водяного отопления, разъединяющие энергию и вещество, и т.п.

11.Объединение (слияние) – разделение (разъединение). Основные операции

«объединение–разделение» обеспечивают соответственно объединение нескольких однородных потоков энергии, веществ или сигналов в один поток или, напротив, разделение одного потока на несколько однородных потоков (т.е. устройства, реализующие операции «объединение–разделение», взаимодействуют с такими потоками энергии, веществ и сигналов, в которых параметры потока, кроме количества энергии, вещества или сигналов, дои послеустройств объединения–разделения остаются неизменными). Примеры устройств реализации операций «объединение–разделе- ние»: тройники и разветвления в водопроводных, тепловых, газовых, электрических

иизмерительных сетях передачи с распределением энергии, вещества или сигналов; дифференциалы; устройства для сварки, пайки и резки материалов и т.п.

12.Накопление – выдача. Потоки энергии, веществ и информации могут накапливаться и при необходимости извлекаться из накопителя. Для этого существуют две основные операции – «накопление» и «выдача». Примеры устройств реализации этих операций:

для потоков энергии– механические, гидравлические, пневматические, электрические и тепловые аккумуляторы;

для веществ – резервуары, баки, газовые баллоны, бункеры, элеваторы и т.п. для сигналов – перфокарты, магнитные ленты и диски, фотопленки и т.п.

13.Отображение – обратное отображение. Операция «отображение» применя-

ется в том случае, когда реальный поток энергии, вещества или физических сигналов

381

на входе в процессе преобразования получает информационное отображение на выходе в графическом, числовом и другом виде, удобном для визуальной оценки, наблюдения или расчёта. Это может быть код, запись, изображение числового значения на цифровом индикаторе, показаниена шкалеприбора, изображениена экране дисплея или телевизора и т.д. Обратное отображение связано со случаями, когда на входе задаётся числовое значение или графическое изображение, а на выходе получается поток реального вещества или энергии.

14.Фиксирование – расфиксирование. Операция «фиксирование» связана с уменьшением числа свободы движения ТО, включая закрепление его в определённой точке пространства и уменьшение числа степеней свободы движения до нуля. Операцию «фиксирование» осуществляют приспособления и объекты, которые прикрепляют одни элементы ТО или системы к другим, поддерживают составные части ТО на определённом расстоянии друг от друга, фиксируют заданное положение объекта. Здесь имеется в видунетолько уменьшениестепеней свободы какого-либоэле- мента относительно другого, а закрепление его на строго определённом расстоянии.

Впоследнем случае на входе имеется неопределённая координата (одна или несколько), ана выходе– координаты, представляющиедля данноготехническогообъекта определённое значение. Операция «расфиксирование» связана с увеличением числа степеней свободы перемещения или с уменьшением определённости положения в пространстве.

15.Ускорение – замедление. Это физические операции, изменяющие динамические характеристики протекания потока энергии, вещества или информации; их введение позволяет расширить описание и моделирование функционирования проектируемой ТС.

16.Увеличение – уменьшение плотности потока. Это физические операции,

отражающие неоднородность потоков в пространстве, позволяющие учитывать вредныеи использовать полезныесвойства неоднородности. При моделировании ТС оценка неоднородности потоков энергии и вещества позволяет учесть их взаимодействие. Физические операции используются при функционально-физическом анализе ТС, а также при синтезе ФПД конструируемой системы.

382

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Н.Н. Кривин

МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Учебное пособие

В двух частях

Часть 2

Томск Издательство ТУСУРа

2022

УДК 658.512.22.011.56(075.8) ББК 30.2-5-05я73+32-02-05я73

К820

Рецензенты:

Русановский С.А., канд. техн. наук; Губарев Ф.А., канд. техн. наук

Печатается по решению научно-методического совета ТУСУРа (протокол № 5 от 24.03.2021 г.)

Кривин, Николай Николаевич

К820 Методология системотехнического проектирования электронных и радиоэлектронных средств. В 2 ч. Ч. 2 : учеб. пособие для бакалавриата, специалитета и магистратуры / Н.Н. Кривин. – Томск : Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2022. – 204 с.

ISBN 978-86889-941-6 (Ч. 2)

ISBN 978-5-86889-939-3

Изложена методология системотехнического проектирования технических средств, работа которых основана на принципах электроники и радиотехники.

Соответствует актуальным требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования.

Для студентов бакалавриата, специалитета и магистратуры образовательных организаций высшего образования конструкторского, радиотехнического, электронного и приборостроительного профилей, а также аспирантов, преподавателей, проектировщиков и разработчиков электроники, практических и научных работников.

2

3

4

4 ДЕКОМПОЗИЦИЯ ЦЕЛЕВОЙ ФУНКЦИИ «ЧЕРНОГО ЯЩИКА».

СТРУКТУРНЫЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ

ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Благо везде и повсюду зависит от соблюдения двух условий: правильного установления конечной цели и отыскания соответствующих средств, ведущих к конечной цели.

Аристотель

Прежде чем научиться изобретать новое, научись повторять существующее.

4.1Постановка задачи

Вданном разделе мы перейдем к описанию объекта проектирования на уровне функциональной структуры (ФС).

Дано: полное и подробное описание представления объекта проектирования в виде «чёрного ящика»; сформулированная проектная задача; условия проектной задачи в форме требований технического задания.

Требуется найти: совокупность вариантов структурных электрических схем проектируемого ЭРЭС; дополнительные требования к объекту проектирования, представленные в виде доработанного варианта технического задания.

Цель шага по декомпозиции модели типа «черный ящик» (ЧЯ) заключается в нахождении ответов на три главных вопроса.

1.Каков функциональный состав «черного ящика»?

2.Каковы связи между компонентами «черного ящика»?

3.Какова внутренняя структура «черного ящика»?

5