嵌入式计算机系统热分析及热优化研究

发布时间：2021-07-13 20:01

　　电子设备的发展趋势使得电子设备过热的问题越来越突出。基于嵌入式系统的电子产品更是如此。嵌入式系统的过热或热缺陷是嵌入式系统失效的主要原因之一,严重地限制了电子产品的可靠性的提高。因此必须解决嵌入式系统温升的问题。研究报告收集了国内外嵌入式系统电子设备热分析、热设计、热测试技术的相关文献,并进行了系统的分析研究。对嵌入式系统热分析、热设计、热测试技术的有关概念和方法进行了阐述,对商业化的电子设备热分析软件进行了调研。目前由于条件所限,只对电路板级的热分析、热设计及热测试进行了研究和实验。为了从数学方面描述电路板的温度分布,引入了传热学的基础理论。研究了热量传递的基本方式和原理,从热阻的角度描述了传热过程。以二维稳态导热为重点,研究了稳态导热过程的分析解和数值解,特别对数值解进行了详细地阐述。为了使用蚁群算法对电路板上的元器件布局进行优化,介绍了蚁群算法的基本思想和蚁群算法的实现过程,论述了蚂蚁系统、精英蚂蚁系统、蚁群系统和最大-最小蚂蚁系统等蚁群算法的特点以及它们的性能差异,提出了一种蚁群算法的改进方法。并且将蚁群算法与组合优化算法中的遗传算法和模拟退火算法进行了比较。接着研究了热传导的... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 嵌入式系统电子设备温升的主要原因
    1.3 热技术的研究历史与现状
        1.3.1 相关研究成果
        1.3.2 发展动态分析
    1.4 本文主要研究内容及安排
第二章 嵌入式系统各种热技术探讨
    2.1 热分析技术
        2.1.1 热分析的定义
        2.1.2 主要分析方法
        2.1.3 常用热分析软件
    2.2 热设计技术
        2.2.1 热设计的定义
        2.2.2 主要热设计方法
        2.2.3 热设计技术新进展
    2.3 热测试技术
        2.3.1 热测试的定义
        2.3.2 主要测试方法
        2.3.3 PTC热敏电阻
    2.4 嵌入式系统热技术的层次分析
    2.5 小结
第三章 热设计中使用的传热学理论和蚁群算法
    3.1 传热学理论
        3.1.1 热传导
        3.1.2 热对流
        3.1.3 热辐射
        3.1.4 传热过程
        3.1.5 二维稳态导热的分析解
        3.1.6 二维稳态导热的有限差分法数值解
        3.1.7 二维稳态导热的微元体热平衡法数值解
        3.1.8 二维稳态导热的有限元数值解
    3.2 蚁群组合优化算法
        3.2.1 蚁群算法的基本思想和实现过程
        3.2.2 蚁群优化算法的提出
        3.2.3 基本蚁群优化算法及其改进算法
        3.2.4 各种蚁群算法性能比较
        3.2.5 蚁群算法与遗传算法、模拟退火算法的对比
    3.3 小结
第四章 基于传热学和蚁群算法的热分析和热优化
    4.1 微元体热平衡法建立电路板热传导方程组
        4.1.1 内部节点方程
        4.1.2 直线边界节点方程
        4.1.3 90°拐角边界节点方程
        4.1.4 稳态节点方程组
    4.2 热传导方程组求解
        4.2.1 热传导方程组求解方法
        4.2.2 相关参数的确定
    4.3 用最大-最小蚂蚁系统实现电子元器件的布局优化
        4.3.1 最大-最小蚂蚁系统的选择
        4.3.2 对最大-最小蚂蚁系统的改进
        4.3.3 改进的蚁群算法流程
    4.4 实验及其结果分析
        4.4.1 实验环境、条件和参数设置
        4.4.2 初始布局时各节点温度计算
        4.4.3 使用改进的MMAS算法优化布局和优化后各节点温度
        4.4.4 使用Flotherm软件进行对PCB温度场进行仿真
        4.4.5 对实验电路板实际测量实验
    4.5 三维空间上元器件布局优化
        4.5.1 热传导方程组的建立
        4.5.2 蚂蚁访问路径的限制
        4.5.3 元器件位置布局优化结果
        4.5.4 元器件位置布局优化结果的实验
    4.6 小结
第五章 总结和展望
致谢
参考文献
硕士在读期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]芯片冷却新法:电暴[J]. 沈建苗.  微电脑世界. 2004(07)
[2]电子设备热分析/热设计/热测试技术初步研究[J]. 于慈远,于湘珍,杨为民.  微电子学. 2000(05)
[3]记第七届国际工业与科学中的温度和热测量学术讨论会[J]. 姜世昌.  红外与毫米波学报. 2000(01)
[4]一种实用的电子元件优化设计新方法[J]. 李晓明,高泽溪,吕善伟.  微电子学. 1999(01)

博士论文
[1]蚁群优化原理、理论及其应用研究[D]. 胡小兵.重庆大学 2004

硕士论文
[1]蚁群优化算法及其应用研究[D]. 李闻.湖南大学 2005
[2]电子元件热分析应用研究[D]. 王耀霆.西北工业大学 2004



本文编号：3282709