350 rub
Journal Radioengineering №1 for 2011 г.
Article in number:
Hybrid Methods for Solution of Ordinary Differential Equations of Stiff and/or Oscillating Circuits
Keywords:
stiff systems
oscillating circuits
ordinary differential equations
A-stability
L-stability
P-stability
Authors:
A.M. Pilipenko, V.N. Biryukov
Abstract:
Ordinary differential equations (ODE) of RF circuits are divided on stiff and oscillating. For efficient solution of stiff ODEs L-stable numerical methods are required while A(π/2)-stable methods are used for solving oscillation ODEs. Multistage fully implicit Runge-Kutta methods and A(π/2)-stable high order methods are probably the most effective for specified problems respectively. Unfortunately, oscillating problems are often stiff also.
In this paper properties of hybrid methods combining A-, P- and L-stability of different methods are discussed. The hybrid 2-nd order method is generated by exponential fitted method if its constant weight ratio becomes a function of a step size. The hybrid fourth order methods are based on known implicit one-step two-stage Runge-Kutta methods: symmetric fourth order method and fully implicit second order method. The non linear scheme of this method is a function of a step size also.
Hybrid methods - efficiency was proved by means of the comparative analysis of canonical and hybrid methods - global errors while solving test problems - stiff and oscillating ODE. Hybrid methods combine properties of the well-stable low order methods and more accurate methods with low stability. Hybrid methods make it possible to acquire simultaneously P- and L-stability, which is impossible for one-step implicit methods with the Padé error function.
Pages: 11-15
References
- Калиткин Н.Н. Численные методы решения жестких систем // Математическое моделирование. 1995. Т. 7. № 5. С. 8-11.
- Petzold L.R., Jay L.O., Yen J. Numerical solution of highly oscillatory ordinary differential equations // Acta Numerica. 1997. P. 437-483
- Маничев В.Б., Глазкова В.Н. Методы интегрирования систем ОДУ
для адаптируемых программируемых комплексов анализа РЭС // Радиотехника. 1988.
№ 4.С. 88-90.
- Maffezzoni P., Codecasa L., D-Amore D. Time-domain simulation of nonlinear circuits through implicit Runge-Kutta methods // IEEE Transactions. CircuitsandSystems. 2007. V. 54. N. 2. P. 391 - 400.
- Жук Д.М., Маничев В.Б., Ильницкий А.О. Методы и алгоритмы решения дифференциально-алгебраических уравнений для моделирования динамики технических систем и объектов // Сб. науч. трудов «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем» 2008 / под ред. А.Л. Стемпковского. М.: ИППМ РАН. 2008. С. 109-113.
- Бирюков В.Н., Полстяной А.М. Применение итераций Зейделя для решения неявных разностных схем обыкновенных дифференциальных уравнений в программах анализа электронных цепей // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1997. Т. 40. № 11. C. 77-80.
- Бирюков В.Н., Пилипенко А.М. Численный анализ жестких узкополосных систем // Радиотехника (журнал в журнале). 2002. № 6. С. 36-41.
- Бирюков В.Н.Алгоритм решения обыкновенных дифференциальных уравнений, комбинирующий А- и L-устойчивые методы различных порядков точности // Изв. вузов. Сер. Естественные науки. 2008. № 6. С. 36-38.
- Ракитский Ю.В., Устинов С.М., Черноруцкий И.Г.Численные методы решения жестких систем. М.: Наука. 1979. 208 с.
- Холл Д., Уатт Д.Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир. 1979. 312 с.
- Иванов М.Т.Теоретические основы радиотехники: учеб. пособие для студ. вузов / под ред. В.Н. Ушакова.М.: Высш. школа. 2008. 306 с.
- Федоренко Р.П. Введение в вычислительную физику. М.: Изд. МФТИ, 1994. 528 с.
- Петренко А.И., Слюсар П.В. Автоматическое переключение явных и неявных методов интегрирования при решении системы обыкновенных дифференциальных уравнений // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1986. Т. 29. № 1. С. 49-54.
- Сигорский В.П., Коляда Ю.В., Колодницкий Н.М. Проблемная адаптация численного анализа электронных схем. Ч.3. Организация адаптивного процесса // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1988. Т. 31. № 5. С. 11-18.
- Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи / пер. с англ. М.: Мир. 1999. 685 с.