CN113255275A - 一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，包括以下步骤：1)确定仿真过程中的时域不光滑点；2)将时间离散格式切换为隐式Euler格式计算下一步的时间离散。本发明的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，能够判断在仿真过程中遇到波形不光滑的情形并切换时间离散格式，减小时间离散的误差。

Description

一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法
技术领域
本发明涉及EDA模拟电路时域仿真技术领域，尤其涉及时域仿真中的时间离散格式切换。
背景技术
在EDA模拟电路时域仿真中，需要对通过电路网络建模得到的微分代数方程(DAE)进行时间离散。离散的常见格式有隐式Euler格式、梯形格式、Gear格式等，其中Euler格式为1阶精度，梯形格式和Gear格式为二阶精度。
上述离散格式的精度仅对解是光滑的情形有效，然而在实际电路仿真过程中，需要针对非光滑的情形进行处理。例如，对于梯形脉冲的电压源，如果在不光滑的拐点处仍采用高精度格式进行离散，就会引入额外的误差。事实上，对于波形不光滑的情形，DAE解的定义本身存在问题。目前的处理方案只是假定在不光滑点附近做了以时间步长为尺度的磨光处理，很难找到精确的结果。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，以判断在仿真过程中遇到波形不光滑的情形并切换时间离散格式，减小时间离散的误差。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，包括以下步骤：
1)确定仿真过程中的时域不光滑点；
2)将时间离散格式切换为隐式Euler格式计算下一步的时间离散。
进一步地，所述步骤1)还包括，根据元件本身波形的不光滑特性确定不光滑点。
进一步地，所述步骤1)还包括，利用一阶向前差商计算出当前仿真的时间点上所有网格点的电荷的数值导数：如果某个网格点上的电荷的数值导数的绝对值大于该网格点前6个时间步的数值导数绝对值的平均值的20倍，则将该时间点标记为不光滑点。
进一步地，所述步骤1)还包括，
计算出当前点与前一个时间点电荷数值导数的差值的绝对值D，计算出当前点前5个时间步的电荷数值导数的绝对值的算数平均值ED；
如果网格点满足D/ED>0.7，则将该时间点标记为不光滑点。
进一步地，所述步骤2)还包括，切换为隐式Euler格式的时间步数等于原有时间离散格式的精度阶。
更进一步地，如果当前不光滑点的原有时间离散格式是隐式Euler格式，则无需进行切换。
为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行上述基于不光滑波形的时间离散格式切换方法的步骤。
为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述基于不光滑波形的时间离散格式切换方法的步骤。
有益效果：本发明和不切换时间离散格式相比，其时间格式切换策略能够明显减少仿真结果中不光滑点附近出现破坏守恒性等非物理结果的情形。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法流程图；
图2为仿真过程中的梯形脉冲波形示意图；
图3为根据本发明实施方式的另一仿真波形部分示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，在进行仿真时采用的是自适应时间步长策略，时间步长会随时间而改变。但本发明本身不涉及自适应时间步长策略，因此假定：当仿真进行到当前时间点时，所有之前的时间步长均已经确定。
实施例1
图1为根据本发明的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法流程图，下面将参考图1，对本发明的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法进行详细描述。
在步骤101，识别仿真过程中的时域不光滑点。
本发明实施例中，在对不光滑点进行处理之前，首先需要识别出仿真过程中的时域不光滑点。本发明通过判断仿真时间点是否满足以下三个条件动态识别仿真过程中的不光滑点：
a)根据元件本身波形的不光滑特性直接确定不光滑点，例如如果网络中包含梯形脉冲的电压源，则梯形的角点则被主动识别为不光滑点；
b)利用一阶向前差商计算出当前仿真的时间点上所有网格点的电荷Q的数值导数。如果某个网格点上的数值导数的绝对值大于该网格点前6个时间步的数值导数绝对值的平均值的20倍，则将该时间点标记为不光滑点。
c)计算出当前点与前一个时间点的电荷数值导数的差值的绝对值D和当前点前5个时间步的电荷数值导数的绝对值的算数平均值ED，如果网格点满足D/ED>0.7，则将该时间点标记为不光滑点。
本发明实施例中，只要仿真时间点满足上述a)、b)和c)之一，就被标记为不光滑点；如果仿真时间点不满足上述任何一个条件，则该时间点被标记为光滑点。
步骤102，切换时间离散格式。
当通过步骤101判断某仿真时间点为不光滑点时，计算下一步的时间离散时，时间离散格式会被临时切换为隐式Euler格式。临时切换为隐式Euler格式的时间步数等于原有格式的精度阶。例如，如果原有格式为2阶精度的Gear格式，则切换为隐式Euler格式执行两步时间推进，往后的时间推进再回到原有的2阶Gear格式。如果原有格式就是隐式Euler格式，则无需进行切换。
实施例2
图2为仿真过程中的梯形脉冲波形示意图，如果电路网络中存在如图2所示的梯形脉冲电压源，则根据条件a)，根据波形的不光滑特性，可在图2中所示的A、B、C、D点均会被标记为不光滑点。
实施例3
如果在仿真过程中的波形出现如图3所示的部分波形，则图中所示的A、B、C点均会被标记为不光滑点。其中A点的判定由条件b)所确定，B、C两点的判定由条件c)所确定。
另外，本发明的针对不光滑波形切换时间离散格式的方法仅限于求解电路时域仿真的DAE中的时间离散方法。不适用于求解其他DAE问题的时间离散方法或求解电路时域仿真的DAE中与时间无关的其他方法。
实施例4
本发明还提供针一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的程序，处理器运行所述程序时执行上述一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法的步骤。
实施例5
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述的一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法的步骤，所述一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法参见前述部分的介绍，不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，包括以下步骤：
1)确定仿真过程中的时域不光滑点；
2)将时间离散格式切换为隐式Euler格式计算下一步的时间离散。
2.根据权利要求1所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，其特征在于，所述步骤1)还包括，根据元件本身波形的不光滑特性确定不光滑点。
3.根据权利要求1所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，其特征在于，所述步骤1)还包括，利用一阶向前差商计算出当前仿真的时间点上所有网格点的电荷的数值导数：如果某个网格点上的电荷的数值导数的绝对值大于该网格点前6个时间步的数值导数绝对值的平均值的20倍，则将该时间点标记为不光滑点。
4.根据权利要求1所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，其特征在于，所述步骤1)还包括，
计算出当前点与前一个时间点电荷数值导数的差值的绝对值D，计算出当前点前5个时间步的电荷数值导数的绝对值的算数平均值ED；
如果网格点满足D/ED>0.7，则将该时间点标记为不光滑点。
5.根据权利要求1所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，其特征在于，所述步骤2)还包括，切换为隐式Euler格式的时间步数等于原有时间离散格式的精度阶。
6.根据权利要求1所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法，其特征在于，如果当前不光滑点的时间离散格式是隐式Euler格式，则无需进行切换。
7.一种针对不光滑波形切换时间离散格式的装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行权利要求1-6任一项所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1-6任一项所述的基于不光滑波形的时间离散格式切换方法的步骤。
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