EDA技术在航空行业中的应用，及如何实现应用设计？

在当前大发展背景下，中国EDA在航空航天和国防领域的应用行业发展如何?中国EDA在航空航天和国防领域的应用在国际市场上有什么优势?EDA在航空航天和国防领域的应用行业上下游发展如何?中国EDA在航空航天和国防领域的应用行业开发技术水平如何?

EDA在航空航天和国防领域的应用行业整体运行情况怎样?行业各项经济指标运行如何(规模、收入、利润……)?EDA在航空航天和国防领域的应用市场供需形势怎样?EDA在航空航天和国防领域的应用消费市场与供需状况形势如何?

EDA在航空航天和国防领域的应用各细分市场情况如何?产业结构调整方向在哪?产业链上下游环节有什么变化?

EDA在航空航天和国防领域的应用市场竞争程度怎样?集中度有什么变化?品牌企业占有率有什么变化?并购重组有什么趋势?波特五力分析、SWOT分析结果如何?

想要在竞争激烈的市场上站稳脚跟，应紧随市场的脚步向前发展进步，那么未来EDA在航空航天和国防领域的应用行业发展前景怎样?有些什么样的变化趋势?投资机会在哪里?

EDA在航空航天和国防领域的应用行业面临哪些困境?有哪些扶持政策?在转型升级、发展战略、管理经营、投融资方面需要注意哪些问题?需要采取哪些策略?

当前航空电源型号各异，种类庞杂，应该说综合性能还不够高。特别是随着航空器的不断发展，其对电源保障需求面临诸多新挑战。因此，研制先进电源保障设备，提高其通用性、综合性，可为现有各类航空器提供通用配套保障，不但能够适应航空器换代的需要，提高其实用性，而且可以压缩保障装备设备的数量和规模。研究事例为航空逆变电源，其特性是负载三相平衡的前提下，能够保证三相电压的幅值、相位始终处于平衡。构成的组合式三相全桥逆变电路见图1.本文引入了技术现代电子设计自动化技术(EDA)，综合运用非常超高速集成电路硬件描述语言设计语言(VHDL)和可编程逻辑电路(PLD)元器件进行控制逻辑的设计与实现，对组合式三相逆变电路进行状态控制，获得要求的输出电压及波形。

脉宽调制(Pulse-width Modulation，PWM)是在固定频率下，设计一定规律的脉宽系列，控制逆变器的开关器件的导通及截止状态，在输出端获取所需航空电源，满足设计的品质要求。

1.1等效面积法的数学模型

采纳等效面积正弦波脉宽调制(SPWM)生成法，具有输出波形谐波量小，波形接近正弦波形而且算法简单等优势特点。

先把理想正弦波划分为若干等份，如图2所示，某一等份的弧线与时间轴形成的面积等同于某矩形脉宽，前提是矩形脉宽中点与弧线投影的中心点在时间轴上重合，且两者面积相等，划分的等份数量越大，整个矩形脉冲系列就越近似于设计所需的理想正弦波形，其中，矩形脉宽就是用于控制逆变器上元器件的导通、截止状态。

如第k个脉冲，其的正弦波形弧线垂直向下与时间轴形成的面积为SAk，与其等效的脉冲矩形面积为SRk，易得到公式：

式中：调制参数为M;理想正弦波被划分为N等份。

每等份的时间宽度为θk，每等份的时间轴中点为αmk，等效面积的矩形宽度(相当于导通时间)为θpk，等效面积的矩形前后两端剩余时间(相当于截止时间)宽度为θnk，计算公式分别是：

1.2设计计算及数据生成

设定一定数值后，通过上述等式和公式，利用数学工具Matlab软件进行数值计算，生成表1和脉冲数据。

表1脉冲系列数据

2软、硬件的设计与实现

2.1软件设计与实现

控制电路的硬件采用PLD元器件，并基于VHDL语言进行设计达成所需的逻辑功能，做到数字化控制。

整个系统主要由开关模块M_ONOFF、可控时钟分频器M_CLOCK、反馈调制模块M_MANDP、脉冲宽度数值存储器A、B、C：PW_ROM和脉冲发生器M_PWM等模块按一定逻辑对接而成，如图3所示形成了逆变控制逻辑电路的顶层设计文件M_TOP_SPWM，可实现等效面积正弦波脉宽调制法设计所需的脉冲波形系列，用来控制开关器件IGBT的导通和截止状态。

2.2逻辑电路的硬件编译与实现

逆变控制电路的顶层设计文件用VHDL语言编程描述成逻辑电路后，采用Max+PlusⅡ(Multiple ArrayMatriX Programmable Logic User SystemⅡ)为本实验的EDA设计软件，并在EDA实验开发系统(GW-GK系统)上完成仿真和硬件测试实验。首先选用ALTERA公司的 EP1K50TC144-3芯片，然后如图4，图5所示对此芯片管脚进行输入输出定义、编译，通过ByteBlasterMV并行下载，打印机接口与目标板相连，完成芯片逻辑功能配置，最终在硬件上实现了控制系统电路逻辑功能。

3仿真结论与开发前景

顶层设计文件编译后进行实验仿真，结果如图6所示，其中脉冲系统S_A12、S_A34是单相全桥逆变器A的控制信号，S_B12、S_B34是单相全桥逆变器B的控制信号，S_C12、S_C34是单相全桥逆变器C的控制信号，显而易见三个单相全桥逆变器控制脉冲信号S_A、B、C生成相隔1/3周期，而且非常精确，完全满足实验设计所需的品质要求。

采用VHDL硬件描述语言对硬件的功能进行编程，在实验室就能设计获得所需的控制逻辑电路，特点明显，具有传统实验方法根本无法实现的静态可重复编程和动态在系统重构的优势，这大大提升了航空电源控制系统设计的灵活性，实现了硬件的“软件化”。用可编程逻辑器件PLD芯片不但压缩了设计实验周期，减少误差，提高设计系统的精确度(如图6所示，可控制到3 ms以下)，而且可以高度缩小控制系统的硬件规模，提高了集成度，降低了开发成本，有利于当前航空事业突飞猛进对电源的多样化需求开发，前景广阔。

DA仿真计算应用

航空航天电子控制系统仿真计算主要涉及：航空航天系统中电子电气设备、控制系统等电路仿真、电磁场仿真计算应用，一方面电子系统中元器件数量大、精度和可靠性高，电路验证和仿真计算量大，另一方面，对复杂电磁环境的设备和系统的兼容和抗干扰的电磁场仿真，下面主要针对这两类应用的最新高端图形工作站配置规格。

3.1电子电路系统验证与仿真工作站

这类应用主要涉及到对象各类航空航天电子设备中电子电路、电气设备等方面验证和仿真模拟计算。

主要软件厂家 Cadence、Mentor Graphics、Synopsys

典型软件：SPICE/PSPICE(功能仿真)、multiSIM、Allegro SI，Sigrity，Power DC，Power SI场仿真，Speed2000等

推荐机型：UltraLAB H490

UltraLAB H490系列是一款配备intel第7代至尊处理器(4~18核，4.5Ghz以上)、最大512GB内存容量、双显卡架构的多核与超高频兼备的图形工作站H490完美适合那些对单核频率极高同时具备一定核数做并行计算要求的中大规模应用，整个机器在超高频状态下,单核计算与多核并行计算、GPU超算、高速读写保证软件各个环节完美运行，从而大幅缩短计算或处理时间。

3.2微波电磁场仿真

航空设备电磁仿真问题主要有天线与飞行器载体的电磁交互作用、航空电子EMI、电子链路预算分析、雷达信号特征分析、飞行器RCS等。利用数值方法对电磁兼容问题进行仿真计算，并对计算结果进行分析，就可以有效地对设备的电磁兼容性进行预测和评估，为设备电磁兼容设计提供可靠的理论依据。

典型算法：矩量法、时域有限差分法、有限元法

计算特点：

(1)矩量法(MOM)是将积分方程化为差分方程,或将积分方程中积分化为有限求和,从而建立代数方程组,故它的主要工作量是用计算机求解代数方程组.所以,在矩量法求解代数方程组过程中,矩阵规模的大小涉及到占用内存的多少,在很大程度上影响了计算的速度.如何尽可能的减少矩阵存储量,成为加速矩量法计算的关键。

(2)时域有限差分法(FDTD)基于时域电磁场微分方程的数值算法，它直接在时域将Maxwell旋度方程用二阶精度的中心差分近似，从而将时域微分方程的求解转换为差分方程的迭代求解，多核并行计算加速比好，对计算机内存容量要求较低。

(3)有限元法(FEM)是一种为求得偏微分方程边值问题近似解的数值技术。它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解，计算量和内存容量巨大，临时文件回写硬盘频繁。

典型软件: ADS、CST、HFSS、Feko等;

推荐机型：UltraLAB EX620

UltraLAB EX620一款具有中大规模多核并行计算与图形图像处理、多用途图形工作站，该机器支该机器支持2颗Xeon Schalable(可扩展)处理器(高达56核)、双GPU、高速并行存储(最高到70TB)架构。