基于矢量拟合与平衡截断法的电磁兼容宏模型建模方法技术

本发明专利技术提供了一种基于矢量拟合与平衡截断法的电磁兼容宏模型建模方法。本方法包括：进行端口散射参数测量获取不同频点下的散射参数，并通过矢量拟合方法转换得到状态空间模型；根据状态方程系数矩阵构建无源性判定矩阵，进行模型无源性判断和增强；根据状态方程系数矩阵计算可控性和可观性Grammian矩阵，实现系统平衡；计算每一频点的HSV及相应的曲率谱，确定降阶模型的阶数；确定降阶宏模型；获得通用模型。本发明专利技术只需要较小频段内的测试数据就可拟合出原电路的宽带系统模型，准确度高，拟合时间短，可快速确定降阶后模型阶数，大大减少了电磁兼容宏模型建模时间，转化的SPICE网表具有通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电磁领域中的预测建模方法，更具体地说，是指一种。
技术介绍
电磁兼容性问题在电路系统设计过程中越来越突出，已经成为制约电路系统研制速度和市场竞争力的关键问题之一。准确有效的电磁发射模型是进行系统电磁兼容性预测仿真的关键。目前比较流行的基于矢量拟合的建模方法，能够快速地根据测量数据自动建立宽带等效模型，且具有比较高的模型精度。但对整个系统来说，矢量拟合的模型阶数很高，状态变量维数很多，这样使得计算负担加重，给电路仿真带来巨大的困难。因此，对矢量拟合的高阶模型进行降阶是十分重要的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种电磁兼容宏模型建模方法，当电路产生电磁兼容问题时，在不知道系统内部电路结构及具体参数的情况下，可以根据测试数据建立等效模型，并进行模型降阶得到等效简化的电路模型，进行电磁兼容预测和诊断。所得到的简化后的电路模型就是原电路的电磁兼容宏模型。本专利技术提供了一种，具体实现步骤如下:步骤一:建立状态空间模型。在设定频段内，通过微波矢量网络分析仪对被测对象进行端口散射参数测量，获取不同频点下的散射参数，根据测量数据在Matlab软件中通过矢量拟合方法转换得到状态空间模型。令被测对象的原始频域响应与其极点-留数逼近模型的频域响应HFit (S)近似相等，通过矢量拟合方法，得到极点和留数矩阵，并得到如下宏模型:Hm(S) = C (sI_A) ^+D+sE其中，s表示复频率变量，A、B、C、D和E为状态方程系数矩阵，I表示单位矩阵； 转化得到的状态空间模型为

【技术保护点】
一种基于矢量拟合与平衡截断法的电磁兼容宏模型建模方法，根据测量数据自动建立宽带等效模型，其特征在于：该电磁兼容宏模型建模方法包括以下步骤：步骤一：建立状态空间模型；在设定频段内，通过微波矢量网络分析仪对被测对象进行端口散射参数测量，获取不同频点下的散射参数，根据测量数据在Matlab软件中通过矢量拟合方法转换得到状态空间模型；令被测对象的原始频域响应与其极点‑留数逼近模型的频域响应HFit(s)近似相等，通过矢量拟合方法得到极点和留数矩阵，转换得到如下宏模型：HFit(s)＝C(sI‑A)‑1B+D+sE其中，s表示复频率变量，A、B、C、D和E为状态方程系数矩阵，I表示单位矩阵；转化得到的状态空间模型为x·=Ax+Buy=Cx+Du;]]>其中，x为状态变量，u为输入向量，y为输出向量，表示对x求导；步骤二：无源性判定及增强；由状态方程系数矩阵构建无源性判定矩阵J＝(A‑B(D‑I)‑1C)(A‑B(D+I)‑1C)；计算矩阵J的特征值λi，若λi为负实数，则状态空间模型不满足无源性；反之，状态空间模型满足无源性；当状态空间模型不满足无源性时，对留数矩阵Ri、参数矩阵D和一次矩阵E进行扰动处理，经过扰动最终保证状态空间模型满足无源性要求；矩阵Ri、D和E各自增加的扰动量ΔRi、ΔD和ΔE为：ΔRi=TiΔΛRiTi-1ΔD=TDΔΛDTD-1ΔE=TEΔΛETE-1;]]>其中，Ti、TD和TE分别为矩阵Ri、D和E的本征矩阵，ΔΛD和ΔΛE分别是矩阵Ri、D和E所对应本征值的扰动分量；步骤三：系统平衡实现；由状态方程系数矩阵求出可控性Grammian矩阵P和可观性Grammian矩阵Q，对P和Q分解获得平衡变换矩阵W，对状态空间模型进行状态变换获得其平衡实现形式如下：x~·=A~x~+B~uy=C~x~+Du;]]>其中，为平衡变换后的状态变量，表示对求导；状态方程系数矩阵A~=W-1AW,B~=W-1B,C~=CW;]]>步骤四：确定降阶模型的阶数k；由平衡实现形式的状态方程系数矩阵，求出平衡实现系统的可控性Grammian矩阵和可观性Grammian矩阵式中δ1≥δ2≥…δn≥0称为Hankel奇异值(HSV)；用Matlab软件计算出每一频点的HSV及其相应的曲率谱；确定整个曲率谱中的最大峰值，则位于最大峰值之前的奇异值有效，有效的奇异值的个数k就是宏模型降阶的阶数；步骤五：模型降阶；根据阶数k，矩阵Σ~=Σ100Σ2,]]>其中Σ1∈Rk×k，Σ1包含了有效HSV，Σ2包含了剩余HSV；相应将状态空间模型的平衡实现形式表示为：x~.1x~.2=A~11A~12A~21A~22x~1x~2+B~1B~2uy=C~1C~2x~1x~2+Du]]>和是与Σ1相对应的系数矩阵，是与相对应的状态变量，和是与Σ2相对应的系数矩阵，是与Σ2相对应的状态变量；将与Σ2对应的向量直接消去，得到降阶宏模型为：x~·1=A~11x~1+B~1uy=C~1x~1+Du]]>步骤六：获得通用模型；将散射参数转化为Y参数，引入电容器、电阻器以及电压控制电流源组合实现时域状态方程的功能描述，得到多端口电路综合模型，根据多端口电路综合模型获得等效电路SPICE网表。...

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量拟合与平衡截断法的电磁兼容宏模型建模方法，根据测量数据自动建立宽带等效模型，其特征在于:该电磁兼容宏模型建模方法包括以下步骤: 步骤一:建立状态空间模型； 在设定频段内，通过微波矢量网络分析仪对被测对象进行端口散射参数测量，获取不同频点下的散射参数，根据测量数据在Matlab软件中通过矢量拟合方法转换得到状态空间模型； 令被测对象的原始频域响应与其极点-留数逼近模型的频域响应HFit (S)近似相等，通过矢量拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢树果，林冠豫，马超，张卫东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11