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某高炮由于采用雙讀數電路的隨動系統，實現了該炮的全自動快速跟蹤和瞄準，有效提高了其作戰性能，大大提高了射擊精度，但同時也存在問題：該隨動系統由多種集成電路和多塊印制電路板組成，電路復雜，結構多樣化，因此故障檢測和診斷難度大。本文基于Protel 99 SE對該隨動系統電路板進行仿真，為分析電路板故障原因提供重要依據，較好地提高了裝備的維修保障能力。 1 電路仿真軟件Protel 99 SE介紹及仿真流程 Protel是眾人熟悉的電子CAD軟件，而Protel 99SE提供了模擬電子線路和數字電路的電路仿真能力，仿真的結果和數據精確。該軟件提供多種仿真激勵源(信號源)，接近6 000個仿真元器件和大量的數學模型元件，可以對電工基礎電路、低頻電子線路、高頻電子線路、脈沖數字電路以及其他的電路在一定數值范圍內進行仿真和分析。同時提供了多種電路分析方法，如：靜態工作點分析、瞬態特性和博里葉分析(時域分析和頻譜分析)、交流小信號分析(幅頻和相頻特性)等。既可單項分析，亦可復項分析。仿真流程如圖1所示。 2 電路板仿真分析 本文以該隨動系統中位置調節器板A01的信號選擇與綜合電路為例進行仿真。電路圖如圖2所示。信號選擇電路的作用是在信號電壓不太大時阻斷概略信號電壓Uc，只讓精確信號電壓Uf通過。當信號電壓大到一定值時讓概略信號電壓Uc通過，阻斷精確信號電壓Uf。信號綜合電路的作用是將經過信號選擇電路選擇后的信號，按一定比例疊加在一起，放大后形成控制信號。 首先分析信號選擇電路。電路由R1～R19和V1～V8等元件組成。概略信號Uc的選擇開關由V3完成，V4用來提高選擇的靈敏度和重復性。精確信號電壓Uf的選擇開關由V7完成。概略信號Uc先經R1，R3和V1限幅，再經R2，R3分壓后，送到V3發射極。當概略信號電壓Uc的有效值電壓小于3．5 V時，V3，V4全截止，則Ve3=0，即概略信號電壓Uc被阻斷。這時隨動系統由精確信號電壓Uf控制工作。只要概略信號電壓有效值小于5 V，V7處于夾斷狀態，精確信號電壓Uf一直通過，并可以在R15上獲得一個精確信號電壓Uf的分量，再由RP1送到下一級。當概略信號電壓Uc有效值大于5V后，概略信號電壓通過R33，R42和C10和V8的整流濾波成正電壓，經V6，R16加到V7，使V7導通，精確信號電壓Uf由V7旁路到地，即阻斷了精確信號電壓向下級傳送。 信號綜合電路由R20～R23、RP1和U1等元件組成。R20，R21分別為概略信號電壓和精確信號電壓的輸入電阻，R23為反饋電阻，R22為正向輸入端接地電阻，為放大器提供信號參考點。RP1和RP2分別為精確、概略信號比例調節電位器。 信號傳輸關系為： 其中：kf，kc分別為RP1，RP2所取的精確、概略信號比例系數(仿真過程中取0．5)，UA為U1的輸出電壓，α為失調角。 下面是仿真的結果： 激勵信號為概略信號(見圖3)和精確信號(見圖4)。當概略信號電壓小于5 V時，V7截止，精確信號一直通過，如圖5所示，由RP1送到下一級。當概略信號大于5 V時，V3，V4導通，概略信號能夠輸出；而V7導通，精確信號電壓Uf，由V7旁路到地，即阻斷了它向下級傳送。其輸出波形如圖6所示。 概略信號和精確信號輸入到信號綜合電路，經疊加放大后輸出控制信號。其輸出波形如圖7所示。 3 故障分析中的應用 在A01板中，運算放大器為集成元件性能比較穩定，一般不容易出現故障。影響A01板性能的主要是二極管、三極管和電阻。在正常使用過程中二極管、三極管可能因為靜電擊穿和過流造成損壞，也可能因為焊腳的脫落，導致二極管、三極管和電阻短路。下面以三極管V3為例，通過仿真判斷故障點。首先將V3斷開，對輸出結果進行仿真，如圖8所示。 結果與V3斷開相似，下限幅值(-68．600 V)比正常信號的下限值高。因此在對A01電路板進行的檢測過程中，如果出現幅值偏低的情況，基本可以判斷故障為V3，V4出現短路。 4 結 語 選擇電路仿真軟件Protel 99 SE對隨動系統主要的部件(A01～A09)進行電路仿真，建立電路板故障數據庫，極大地提高了電路板故障診斷速度。同時也可以將仿真用于該裝備隨動系統的教學中，實現教學手段的創新，提高教學訓練的效率和效果。通過該設計得出結論：利用電路仿真軟件Protel 99 SE進行某隨動系統主要工作單元電路的仿真研究，為隨動系統檢測和故障診斷提供重要依據。 |
