肖培 李佳維 賀佳港 李錦新 劉柱 李高升?

1) (湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410082)

2) (湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410082)

線(xiàn)束在實(shí)際布線(xiàn)過(guò)程中存在空間布局特性, 其芯線(xiàn)數(shù)目大、空間任意彎曲以及位置不確定等特點(diǎn)給線(xiàn)束耦合干擾的建模與分析帶來(lái)了挑戰(zhàn).不確定性全線(xiàn)束模型耦合干擾的數(shù)值仿真對(duì)計(jì)算能力提出了更高要求,甚至無(wú)法進(jìn)行有效計(jì)算.因此, 本文提出了不確定性捆扎弧形線(xiàn)束電磁耦合效應(yīng)的廣義簡(jiǎn)化建模方法, 考慮了捆扎線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)相對(duì)位置的不確定性.基于高斯分布和樣條插值方法, 建立了不確定性捆扎線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的位置, 根據(jù)多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)理論確立了等效線(xiàn)束的幾何截面結(jié)構(gòu)參數(shù), 通過(guò)圓弧和正弦捆扎線(xiàn)束數(shù)值算例驗(yàn)證了本文方法的有效性.

1 引 言

機(jī)電系統(tǒng)電磁耦合通道的等效建模是復(fù)雜電子系統(tǒng)電磁兼容分析的重點(diǎn)與難點(diǎn)[1,2].線(xiàn)纜是機(jī)電系統(tǒng)電磁耦合干擾的主要傳導(dǎo)路徑, 現(xiàn)有文獻(xiàn)表明, 線(xiàn)纜產(chǎn)生的電磁干擾是大部分系統(tǒng)不符合電磁兼容規(guī)范的主要原因.線(xiàn)纜電磁耦合問(wèn)題的研究是電子系統(tǒng)電磁兼容研究?jī)?nèi)容的關(guān)注重點(diǎn), 對(duì)系統(tǒng)電磁兼容性能分析具有重要作用[3?6].圖1所示為某設(shè)備控制信號(hào)線(xiàn)束, 存在空間布局特性, 其芯線(xiàn)數(shù)目大、空間任意彎曲以及位置不確定(導(dǎo)線(xiàn)相對(duì)位置隨線(xiàn)長(zhǎng)發(fā)生變化)等特點(diǎn)給線(xiàn)束電磁耦合干擾的建模與分析帶來(lái)了挑戰(zhàn).不確定性全線(xiàn)束模型耦合干擾的數(shù)值仿真對(duì)計(jì)算能力提出了更高要求, 甚至無(wú)法進(jìn)行有效計(jì)算.因此, 需要提出更有效的建模方法, 來(lái)解決機(jī)電系統(tǒng)干擾傳輸路徑建模問(wèn)題.

圖1 控制器信號(hào)線(xiàn)纜束Fig.1.Controller signal cable bundle..

線(xiàn)束等效建模方法(equivalent cable bundle method, ECBM)目的在于將多根導(dǎo)線(xiàn)等效為不超過(guò)4根導(dǎo)線(xiàn)的簡(jiǎn)化模型.2008年, 國(guó)外學(xué)者首次提出了多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)ECBM方法[7], 對(duì)理想導(dǎo)電平面上的多導(dǎo)體線(xiàn)束電磁耦合效應(yīng)進(jìn)行了等效建模,并應(yīng)用于汽車(chē)復(fù)雜線(xiàn)束耦合電流的預(yù)測(cè), 其主要思路為: 根據(jù)線(xiàn)束終端阻抗值與其特征阻抗值的比較, 將線(xiàn)束最多分為4組; 利用多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)理論得到簡(jiǎn)化線(xiàn)束的結(jié)合截面結(jié)構(gòu)參數(shù); 確立簡(jiǎn)化線(xiàn)束終端等效負(fù)載.此外, ECBM方法被拓展應(yīng)用于理想導(dǎo)電平面上多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)電磁輻射發(fā)射的建模[8,9]以及差分線(xiàn)束上電磁耦合電流的計(jì)算[10].

國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)ECBM方法進(jìn)行了拓展應(yīng)用, 提出了線(xiàn)束串?dāng)_建模的ECBM方法, 并對(duì)理想導(dǎo)電參考地面上、理想金屬圓柱腔內(nèi)及正交參考面等場(chǎng)合進(jìn)行了有效性驗(yàn)證[11?13].此外, 一些學(xué)者成功地將ECBM方法應(yīng)用于汽車(chē)線(xiàn)束的電磁干擾建模[14].另有一些學(xué)者提出了時(shí)域有限差分計(jì)算方法, 拓展研究了ECBM方法在汽車(chē)線(xiàn)束串?dāng)_和輻射敏感度的預(yù)測(cè)問(wèn)題[15,16].

現(xiàn)有的ECBM方法主要解決了確定性布局線(xiàn)束的建模問(wèn)題, 而在工程應(yīng)用中, 線(xiàn)束布局往往具有不確定性.因此, 本文在已有ECBM方法基礎(chǔ)上, 提出了不確定性捆扎線(xiàn)束電磁耦合效應(yīng)的廣義ECBM方法.考慮了線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)位置的不確定性, 使用高斯分布和樣條插值獲取不確定性捆扎線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的位置, 利用導(dǎo)線(xiàn)子段之間存在換位關(guān)系求得線(xiàn)束的分布電感和電容矩陣參數(shù), 根據(jù)多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)理論得到簡(jiǎn)化線(xiàn)束的幾何截面結(jié)構(gòu)參數(shù), 最后通過(guò)圓弧形和正弦弧形線(xiàn)束數(shù)值算例驗(yàn)證本文方法的有效性.

2 不確定性捆扎線(xiàn)束電磁耦合問(wèn)題

2.1 捆扎線(xiàn)束不確定性分布特點(diǎn)

圖2(a)為理想導(dǎo)電平面上弧形捆扎線(xiàn)束, 圖2(b)為其電路連接示意圖.可以看出, 捆扎線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)體并非絕對(duì)平行, 其相對(duì)位置沒(méi)有固定, 線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)相對(duì)位置在線(xiàn)長(zhǎng)方向上具有不確定性變化特點(diǎn).而線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)位置直接影響傳輸分布參數(shù)值, 因此,導(dǎo)線(xiàn)間的電感和電容矩陣隨著線(xiàn)長(zhǎng)變化.

2.2 線(xiàn)束電磁耦合建模問(wèn)題

圖3為圖2中不確定性捆扎弧形線(xiàn)束的幾何截面結(jié)構(gòu), 線(xiàn)束內(nèi)包含多根導(dǎo)線(xiàn), 虛線(xiàn)表示線(xiàn)長(zhǎng)方向上任意位置處線(xiàn)束所限區(qū)域.假設(shè)線(xiàn)束橫截面的幾何形狀在線(xiàn)長(zhǎng)方向基本保持為圓形.本文針對(duì)不確定性捆扎線(xiàn)束電磁耦合干擾建模問(wèn)題, 利用多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)理論將不確定性捆扎的多根導(dǎo)線(xiàn)模型簡(jiǎn)化為單根線(xiàn)模型, 即用單根線(xiàn)的電磁耦合效應(yīng)等效描述多根線(xiàn)的電磁耦合效應(yīng).

圖2 設(shè)備互連線(xiàn)束示意圖 (a)弧形捆扎線(xiàn)束; (b)線(xiàn)束電路連接示意圖Fig.2.Schematic diagram of equipment interconnection wiring cable harness: (a) Arc-shaped binding cable harness;(b) circuit connection diagram.

圖3 不確定性捆扎線(xiàn)束簡(jiǎn)化建模Fig.3.Simplification modeling of uncertainty binding cable harness.

3 不確定性捆扎線(xiàn)束電磁耦合簡(jiǎn)化建模方法

3.1 簡(jiǎn)化線(xiàn)束單位長(zhǎng)度參數(shù)的計(jì)算

圖4為位于理想導(dǎo)電平面上的n根導(dǎo)線(xiàn), 假設(shè)ri和rj為其中任意兩導(dǎo)體半徑,hi和hj為導(dǎo)體的對(duì)地高度,Sij為導(dǎo)體間距, ?ri和 ?rj分別為導(dǎo)線(xiàn)絕緣層厚度.則導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度電感計(jì)算公式為[17]

式中,μ為磁導(dǎo)率, 約為 4 π×10?7H/m,Lij中對(duì)角元素表示導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度自電感, 非對(duì)角元素表示導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度互電感.由(1)式可知, 導(dǎo)線(xiàn)相對(duì)位置會(huì)影響導(dǎo)線(xiàn)電感和電容參數(shù).

圖4 雙導(dǎo)體傳輸線(xiàn)幾何截面結(jié)構(gòu)Fig.4.Cross-sectional geometry of double conductors.

當(dāng)導(dǎo)體外層涂覆絕緣層材料時(shí), 絕緣層材料的介電極化效應(yīng)在電磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生束縛電荷, 導(dǎo)體表面同時(shí)還分布有自由電荷.絕緣層非均勻介質(zhì)效應(yīng)使得理想電容的計(jì)算公式不再適用, 即1.基于鏡像法原理, 單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電容參數(shù)計(jì)算公式如下[18]:

式中,a11,a12,a21和a22分別為

其中,ε0為空氣的介電常數(shù), 約為 8.85×10?12F/m.εr為相對(duì)介電常數(shù),εe=(εr?1)/εr.

對(duì)于包含n根理想無(wú)損耗導(dǎo)體的線(xiàn)束模型, 其傳輸線(xiàn)方程為

式中,V1,V2,···,Vn和I1,I2,···,In分別為單位長(zhǎng)度導(dǎo)線(xiàn)上的電壓和電流.為了計(jì)算簡(jiǎn)化線(xiàn)束單位長(zhǎng)度電容Ceq和電感Leq, 需滿(mǎn)足以下近似:

1)定義簡(jiǎn)化線(xiàn)束等效電流Igc為原線(xiàn)束中n條導(dǎo)線(xiàn)的電流和

2)定義簡(jiǎn)化線(xiàn)束等效電壓Vgc與原所有導(dǎo)線(xiàn)具有相同的電壓

3)假設(shè)線(xiàn)束模型中所有導(dǎo)體上的電流分布相同, 則任意一根導(dǎo)線(xiàn)的共模電流Ix為

將(7)式代入傳輸線(xiàn)方程 dI/dz=?jωCV并聯(lián)立(6)式和(8)式得:

此外, 將(6)式代入方程 dV/dz=?jωLI并聯(lián)立(7)式和(8)式得:

需要注意的是本文提出的線(xiàn)束廣義等效建模方法, 利用解析方法求解多導(dǎo)體單位長(zhǎng)度分布參數(shù)時(shí), 導(dǎo)線(xiàn)間距需滿(mǎn)足寬間隔條件, 即相鄰導(dǎo)線(xiàn)間的距離與導(dǎo)線(xiàn)半徑之比不小于4.否則導(dǎo)體間的鄰近效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體周向表面的電荷與電流分布不再均勻, 此時(shí)需要采用數(shù)值方法來(lái)獲取分布參數(shù).

3.2 簡(jiǎn)化線(xiàn)束幾何截面結(jié)構(gòu)參數(shù)的確立

(1)不確定性捆扎建模

雖然線(xiàn)束內(nèi)任意位置處導(dǎo)線(xiàn)相對(duì)位置具有不確定性, 但受限于線(xiàn)束兩端連接器插件, 它們的始端和終端是確定的.文獻(xiàn)[19]研究表明線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)體相對(duì)位置在長(zhǎng)度方向上滿(mǎn)足高斯分布特點(diǎn), 針對(duì)導(dǎo)線(xiàn)模型中不連續(xù)問(wèn)題, 采用隨機(jī)樣條插值法取得了良好效果.首先, 利用MATLAB軟件生成具有高斯分布特點(diǎn)的隨機(jī)位置, 如圖5(a)所示.然后, 通過(guò)樣條插值法在其他位置插入更多的數(shù)值點(diǎn), 如圖5(b)所示, 從而將線(xiàn)束劃分為一系列的均勻子段.需要注意的是, 這些子線(xiàn)段長(zhǎng)度需滿(mǎn)足以下其一: 1)每段長(zhǎng)度 ?l應(yīng)小于最小波長(zhǎng)的1/10, 以確保最高頻率波的空間分辨率; 2)為保證線(xiàn)束連續(xù)性, 樣條線(xiàn)段應(yīng)有足夠多子段(不少于10個(gè)).利用上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所確定的較小子段, 使用三次樣條插值技術(shù)的分段多項(xiàng)式確立級(jí)聯(lián)線(xiàn)段, 如圖5(c)所示.

圖5 不確定性線(xiàn)束建模步驟 (a)線(xiàn)束始端的確立;(b)基于樣條插值法的線(xiàn)束位置; (c)分段級(jí)聯(lián)Fig.5.Modeling steps for uncertainty cable harness: (a) Determination of the beginning end; (b) location of the cable harness based on spline interpolation; (c) sectional cascade.

由于線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)相對(duì)位置沿線(xiàn)長(zhǎng)方向發(fā)生變化, 線(xiàn)束電感和電容參數(shù)是非恒值, 這些值采用有限元等數(shù)值方法可求得.然而, 由于線(xiàn)束內(nèi)有多根導(dǎo)體, 需要多次求解計(jì)算模型, 耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng).因此需要提出更有效的方法計(jì)算不確定性捆扎線(xiàn)束的傳輸參數(shù).

總的來(lái)說(shuō)，灌溉農(nóng)業(yè)的主要效益是解決糧食安全問(wèn)題和增加農(nóng)民收入的社會(huì)效益。因而，灌排事業(yè)的發(fā)展必須要得到國(guó)家的大力支持，包括國(guó)家的政治意愿，以及在制定政策、發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用、制定發(fā)展規(guī)劃、提供資金和技術(shù)支撐、改革管理機(jī)構(gòu)和管理體制等方面的支持。中國(guó)在灌排領(lǐng)域的發(fā)展成就、政策及目標(biāo)和模式舉世矚目，獲得了國(guó)際社會(huì)的高度評(píng)價(jià)和認(rèn)可。

本文研究模型中線(xiàn)束內(nèi)所有導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)型相同, 子段具有相互獨(dú)立性, 即所在橫截面中任意導(dǎo)線(xiàn)的位置與該導(dǎo)線(xiàn)在其他段中橫截面的位置互不影響.由于橫截面的形狀是固定的, 導(dǎo)線(xiàn)只在每個(gè)分段連接點(diǎn)處于一個(gè)突變的位置, 以9根捆扎線(xiàn)束為例, 如圖6所示.

圖6 線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)之間的換位示意圖Fig.6.A schematic diagram of transposition between conductors in the cable harness.

取其中相鄰的幾段線(xiàn)束, 子段1變?yōu)樽佣?時(shí), 3號(hào)導(dǎo)線(xiàn)和6號(hào)導(dǎo)線(xiàn)的位置相互變換; 子段2變成子段3時(shí), 2號(hào)導(dǎo)線(xiàn)和5號(hào)導(dǎo)線(xiàn)的位置相互變換.從線(xiàn)束電感和電容參數(shù)矩陣的角度來(lái)看, 參數(shù)矩陣沒(méi)有產(chǎn)生新元素, 只是元素相對(duì)位置發(fā)生改變.以電容參數(shù)矩陣變換為例, 其變換公式如下:

由(1)式—(3)式可知, 線(xiàn)束不同位置處的單位長(zhǎng)度電容矩陣可以根據(jù)已知的單位長(zhǎng)度電感和電容矩陣獲得, 這樣只需執(zhí)行一次分布參數(shù)矩陣的計(jì)算即可.

(2)簡(jiǎn)化導(dǎo)線(xiàn)半徑和對(duì)地高度

根據(jù)簡(jiǎn)化線(xiàn)束的單位長(zhǎng)度電感Leq和電容Ceq, 確立簡(jiǎn)化線(xiàn)束的幾何截面結(jié)構(gòu), 即簡(jiǎn)化線(xiàn)束半徑r和對(duì)地高度h.

簡(jiǎn)化線(xiàn)束半徑: 計(jì)算簡(jiǎn)化導(dǎo)線(xiàn)的半徑req, 根據(jù)(1)式理想導(dǎo)電平面上不確定性捆扎線(xiàn)束簡(jiǎn)化導(dǎo)體自感計(jì)算表達(dá)式, 則等效導(dǎo)線(xiàn)的半徑req為

式中,d1,d2,···,dn為線(xiàn)束中各導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地高度.

3.3 簡(jiǎn)化線(xiàn)束模型終端負(fù)載的確立

由于共模干擾是線(xiàn)纜電磁干擾的主要因素, 在確立簡(jiǎn)化線(xiàn)束的終端負(fù)載時(shí), 本文主要考慮線(xiàn)束的共模負(fù)載, 即導(dǎo)線(xiàn)終端與參考地之間的阻抗(如圖7所示), 由n根導(dǎo)線(xiàn)組成的共模負(fù)載模型.

圖7 共模負(fù)載的確立Fig.7.Determination of the common mode load impedance.

圖7 中簡(jiǎn)化線(xiàn)束模型的共模負(fù)載計(jì)算公式為

則

由(15)式可得, 簡(jiǎn)化線(xiàn)束的共模負(fù)載阻抗值等于全線(xiàn)束中所有導(dǎo)線(xiàn)終端共模負(fù)載的并聯(lián)值.

4 數(shù)值算例驗(yàn)證

4.1 圓弧不確定性捆扎線(xiàn)束

本文采用電磁仿真軟件CST (Cable Studio工作室)對(duì)本文方法進(jìn)行驗(yàn)證, 利用CST全波仿真方法求解計(jì)算平面波照射下圓弧不確定捆扎線(xiàn)束等效前后的電磁耦合效應(yīng)大小.如圖8所示, 在CST中建立21根多導(dǎo)體不確定性捆扎線(xiàn)束模型,線(xiàn)束中所有導(dǎo)體長(zhǎng)度為3/4個(gè)半徑為R= 825 mm的圓弧; 芯線(xiàn)具有相同的半徑r=0.2 mm, 絕緣層厚度為1 mm, 絕緣層介電常數(shù)為2.5, 相對(duì)磁導(dǎo)率為1.0.中間一排導(dǎo)線(xiàn)(編號(hào)2, 6, 11, 16, 20)距離地面高度60 mm.參考地面為長(zhǎng)4000 mm, 寬4000 mm, 厚2 mm的PEC良導(dǎo)體.平面波入射方向沿y方向平行于參考地面, 采用線(xiàn)極化方式,電場(chǎng)方向沿x方向, 幅值為50000 V/m, 干擾源波形為CST默認(rèn)脈沖激勵(lì)源.線(xiàn)束負(fù)載阻抗均為50 W.圖8中編號(hào)為1—21的導(dǎo)線(xiàn)近端端點(diǎn)坐標(biāo)如表1所列.

圖8 平面波照射下21根圓弧捆扎線(xiàn)束模型示意圖Fig.8.Schematic diagram of a 21-conductor circular arcshaped binding cable harness model illuminated by the plane wave.

使用高斯分布和樣條插值法獲取不確定性捆扎線(xiàn)束內(nèi)21根導(dǎo)線(xiàn)的位置.首先, 通過(guò)線(xiàn)束兩端位置確立弧形線(xiàn)束的始端坐標(biāo), 確立捆扎線(xiàn)束初始位置處電容矩陣C(z) 和電感矩陣L(z).然后, 在MATLAB中使用高斯分布函數(shù)建立每根導(dǎo)線(xiàn)中心位置的隨機(jī)坐標(biāo).開(kāi)始時(shí), 在線(xiàn)長(zhǎng)方向上依次將所有導(dǎo)線(xiàn)的N個(gè)截面在參考位置處進(jìn)行填充, 從而建立不確定性捆扎線(xiàn)束模型.

表1 直角坐標(biāo)系中21-線(xiàn)束模型近端位置(單位: mm)Table 1.Coordinates of each conductor near end of the 21-conductor cable harness (unit: mm).

基于簡(jiǎn)化線(xiàn)束單位長(zhǎng)度電感和電容矩陣計(jì)算結(jié)果, 根據(jù)簡(jiǎn)化線(xiàn)束幾何截面參數(shù)建立方法可以得到簡(jiǎn)化導(dǎo)體半徑為4 mm, 絕緣層厚度1 mm, 對(duì)地高度為60 mm.根據(jù)本文提出的不確定性捆扎線(xiàn)束廣義ECBM 方法, 簡(jiǎn)化線(xiàn)束模型耦合電流值等于其全線(xiàn)束模型內(nèi)各導(dǎo)線(xiàn)耦合電流之和, 21根不確定性捆扎線(xiàn)束模型等效前后近端和遠(yuǎn)端負(fù)載上耦合電流對(duì)比曲線(xiàn)如圖9(a)和圖9(b)所示.

圖9 圓弧不確定性捆扎線(xiàn)束簡(jiǎn)化前后負(fù)載耦合電流對(duì)比 (a)近端; (b)遠(yuǎn)端Fig.9.Comparison of the load coupling current on the circular arc-shaped binding cable harness: (a) Near end;(b) far end.

從仿真結(jié)果看, 在0—1 GHz頻段內(nèi), 不確定性捆扎線(xiàn)束簡(jiǎn)化模型近端和遠(yuǎn)端負(fù)載耦合電流與其全模型耦合電流符合良好, 從而驗(yàn)證了本文提出的廣義ECBM方法的正確性.

4.2 正弦不確定性捆扎線(xiàn)束

不確定性捆扎線(xiàn)束布線(xiàn)路徑呈正弦弧形, 如圖10所示.弧形路徑滿(mǎn)足函數(shù)mm, 其中t為線(xiàn)束長(zhǎng)度方向位置坐標(biāo), 取值范圍為(0, 2000 mm).線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)不變, 中間一排導(dǎo)線(xiàn)(編號(hào)2, 6, 11, 16, 20)距離地面高度40 mm.外部電磁環(huán)境為平面波, 幅值和入射方向與圖8中保持一致.

圖10 平面波照射下21根正弦弧形不確定性捆扎線(xiàn)束模型Fig.10.Schematic diagram of a 21-conductor sine arcshaped binding cable harness model illuminated by the plane wave.

根據(jù)本文提出的不確定性捆扎線(xiàn)束廣義ECBM方法, 21根正弦弧形線(xiàn)束模型簡(jiǎn)化前后近端和遠(yuǎn)端負(fù)載上耦合電流對(duì)比曲線(xiàn)如圖11(a)和圖11(b)所示.從仿真結(jié)果看, 在0—1 GHz頻段內(nèi), 不確定性捆扎線(xiàn)束簡(jiǎn)化模型近端和遠(yuǎn)端負(fù)載耦合電流與其全模型耦合電流符合良好, 再次驗(yàn)證了本文提出的廣義ECBM方法的正確性.

圖11 正弦不確定性捆扎線(xiàn)束簡(jiǎn)化前后負(fù)載耦合電流對(duì)比 (a)近端; (b)遠(yuǎn)端Fig.11.Comparison of the load coupling current on the sine arc-shaped binding cable harness: (a) Near end; (b) far end.

4.3 誤差分析

本文采用特征選擇驗(yàn)證技術(shù)(FSV), 對(duì)完整模型和簡(jiǎn)化模型之間的仿真結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)[20,21].FSV技術(shù)根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)顯示了兩組數(shù)據(jù)之間相關(guān)性.FSV技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括: 總幅差測(cè)度(ADMtot)、總特征差測(cè)度(FDMtot)和總?cè)植顪y(cè)度(GDMtot).根據(jù)ADMtot, FDMtot和GDMtot大小對(duì)數(shù)據(jù)間符合程度劃分等級(jí)描述: excellent (0—0.1), very good (0.1—0.2), good (0.2—0.4), fair (0.4—0.8),poor (0.8—1.6)和very poor (> 1.6).

表2列出了圖9和圖11仿真結(jié)果的FSV技術(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果.從表2可以看出, 圓弧和正弦捆扎線(xiàn)束等效前后對(duì)比結(jié)果評(píng)價(jià)良好, 進(jìn)一步說(shuō)明了本文方法的有效性.

表2 本文方法的FSV評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2.The FSV evaluation results of the proposed method.

4.4 計(jì)算效率對(duì)比

表3列出了在相同仿真頻段范圍內(nèi)本文廣義ECBM方法和全模型線(xiàn)束仿真計(jì)算時(shí)間.仿真中使用的計(jì)算機(jī)配置為: 處理器Inter(R) Core(TM)CPU i7-8700 @ 3.20 GHz, 內(nèi)存8 G, 操作系統(tǒng)為Win 10 64位.從表3可以看出, 本文提出的不確定性捆扎線(xiàn)束廣義ECBM方法大大降低了線(xiàn)束建模難度, 有效提高了仿真效率.

表3 全模型和簡(jiǎn)化模型仿真時(shí)間分析Table 3.Analysis time of the simplified and complete model.

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜線(xiàn)束電磁耦合效應(yīng)建模問(wèn)題, 本文提出了廣義ECBM方法, 將不確定性捆扎線(xiàn)束模型簡(jiǎn)化為單根線(xiàn)束模型, 考慮了線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)位置的不確定性.利用高斯分布和樣條插值獲取了不確定性捆扎線(xiàn)束內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)的位置, 利用導(dǎo)線(xiàn)子段之間存在換位關(guān)系求得線(xiàn)束的分布參數(shù).基于理想導(dǎo)體平面上的多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)電感和電容計(jì)算公式,得到了原線(xiàn)束模型的分布參數(shù).由全模型與等效模型分布參數(shù)間的等價(jià)關(guān)系, 得到等效線(xiàn)束模型的電感和電容參數(shù), 并依此確立了簡(jiǎn)化模型的半徑和對(duì)地高度等幾何截面參數(shù).最后, 通過(guò)圓弧和正弦不確定性捆扎線(xiàn)束數(shù)值算例, 驗(yàn)證了本文提出的線(xiàn)束簡(jiǎn)化建模方法的正確性.在保證計(jì)算精度的前提下, 本文方法有效解決了復(fù)雜線(xiàn)束由于“不確定性捆扎”帶來(lái)的建模難問(wèn)題, 為機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)不確定性捆扎線(xiàn)束的電磁兼容問(wèn)題分析提供了有效途徑.