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基于Protel99SE对随动系统电路板的仿真

? 2010年08月18日 11:14 ? 次阅读

  本文基于Protel 99 SE对该随动系统电路板进行仿真,为分析电路板故障原因提供重要依据,较好地提高了装备的维修保障能力。

  1 电路仿真AppProtel 99 SE先容及仿真流程

  Protel是众人熟悉的新萄京CADApp,而Protel 99SE提供了模拟新萄京线路和数字电路的电路仿真能力,仿真的结果和数据精确。该App提供多种仿真激励源(信号源),接近6 000个仿真元器件和大量的数学模型元件,可以对电工基础电路、低频新萄京线路、高频新萄京线路、脉冲数字电路以及其他的电路在一定数值范围内进行仿真和分析。同时提供了多种电路分析方法,如:静态工作点分析、瞬态特性和博里叶分析(时域分析和频谱分析)、交流小信号分析(幅频和相频特性)等。既可单项分析,亦可复项分析。仿真流程如图1所示。

  


  2 电路板仿真分析

  本文以该随动系统中位置调节器板A01的信号选择与综合电路为例进行仿真。电路图如图2所示。信号选择电路的作用是在信号电压不太大时阻断概略信号电压Uc,只让精确信号电压Uf通过。当信号电压大到一定值时让概略信号电压Uc通过,阻断精确信号电压Uf。信号综合电路的作用是将经过信号选择电路选择后的信号,按一定比例叠加在一起,放大后形成控制信号。

  

  首先分析信号选择电路。电路由R1~R19和V1~V8等元件组成。概略信号Uc的选择开关由V3完成,V4用来提高选择的灵敏度和重复性。精确信号电压Uf的选择开关由V7完成。概略信号Uc先经R1,R3和V1限幅,再经R2,R3分压后,送到V3发射极。当概略信号电压Uc的有效值电压小于3.5 V时,V3,V4全截止,则Ve3=0,即概略信号电压Uc被阻断。这时随动系统由精确信号电压Uf控制工作。只要概略信号电压有效值小于5 V,V7处于夹断状态,精确信号电压Uf一直通过,并可以在R15上获得一个精确信号电压Uf的分量,再由RP1送到下一级。当概略信号电压Uc有效值大于5V后,概略信号电压通过R33,R42和C10和V8的整流滤波成正电压,经V6,R16加到V7,使V7导通,精确信号电压Uf由V7旁路到地,即阻断了精确信号电压向下级传送。

  信号综合电路由R20~R23、RP1和U1等元件组成。R20,R21分别为概略信号电压和精确信号电压的输入电阻,R23为反馈电阻,R22为正向输入端接地电阻,为放大器提供信号参考点。RP1和RP2分别为精确、概略信号比例调节电位器。

  信号传输关系为:

  

  其中:kf,kc分别为RP1,RP2所取的精确、概略信号比例系数(仿真过程中取0.5),UA为U1的输出电压,α为失调角。

  下面是仿真的结果:

  激励信号为概略信号(见图3)和精确信号(见图4)。当概略信号电压小于5 V时,V7截止,精确信号一直通过,如图5所示,由RP1送到下一级。当概略信号大于5 V时,V3,V4导通,概略信号能够输出;而V7导通,精确信号电压Uf,由V7旁路到地,即阻断了它向下级传送。其输出波形如图6所示。

  

  概略信号和精确信号输入到信号综合电路,经叠加放大后输出控制信号。其输出波形如图7所示。

  

  3 故障分析中的应用

  在A01板中,运算放大器为集成元件性能比较稳定,一般不容易出现故障。影响A01板性能的主要是二极管、三极管和电阻。在正常使用过程中二极管、三极管可能因为静电击穿和过流造成损坏,也可能因为焊脚的脱落,导致二极管、三极管和电阻短路。下面以三极管V3为例,通过仿真判断故障点。首先将V3断开,对输出结果进行仿真,如图8所示。

  

  结果与V3断开相似,下限幅值(-68.600 V)比正常信号的下限值高。因此在对A01电路板进行的检测过程中,如果出现幅值偏低的情况,基本可以判断故障为V3,V4出现短路。

  4 结 语

  选择电路仿真AppProtel 99 SE对随动系统主要的部件(A01~A09)进行电路仿真,建立电路板故障数据库,极大地提高了电路板故障诊断速度。同时也可以将仿真用于该装备随动系统的教学中,实现教学手段的创新,提高教学训练的效率和效果。通过该设计得出结论:利用电路仿真AppProtel 99 SE进行某随动系统主要工作单元电路的仿真研究,为随动系统检测和故障诊断提供重要依据。

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