Protel 99 SE在某裝備隨動系統(tǒng)電路仿真中的應(yīng)用

    某高炮由于采用雙讀數(shù)電路的隨動系統(tǒng)，實現(xiàn)了該炮的全自動快速跟蹤和瞄準，有效提高了其作戰(zhàn)性能，大大提高了射擊精度，但同時也存在問題：該隨動系統(tǒng)由多種集成電路和多塊印制電路板組成，電路復(fù)雜，結(jié)構(gòu)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(tǒng)電路板進行仿真，為分析電路板故障原因提供重要依據(jù)，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(shù)字電路的電路仿真能力，仿真的結(jié)果和數(shù)據(jù)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(shù)學(xué)模型元件，可以對電工基礎(chǔ)電路、低頻電子線路、高頻電子線路、脈沖數(shù)字電路以及其他的電路在一定數(shù)值范圍內(nèi)進行仿真和分析。同時提供了多種電路分析方法，如：靜態(tài)工作點分析、瞬態(tài)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(fù)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(tǒng)中位置調(diào)節(jié)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(jīng)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(guān)由V3完成，V4用來提高選擇的靈敏度和重復(fù)性。精確信號電壓Uf的選擇開關(guān)由V7完成。概略信號Uc先經(jīng)R1，R3和V1限幅，再經(jīng)R2，R3分壓后，送到V3發(fā)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(tǒng)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(tài)，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(jīng)V6，R16加到V7，使V7導(dǎo)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(diào)節(jié)電位器。
    信號傳輸關(guān)系為：

   
    其中：kf，kc分別為RP1，RP2所取的精確、概略信號比例系數(shù)(仿真過程中取0．5)，UA為U1的輸出電壓，α為失調(diào)角。
    下面是仿真的結(jié)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(dǎo)通，概略信號能夠輸出；而V7導(dǎo)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(jīng)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(yīng)用
    在A01板中，運算放大器為集成元件性能比較穩(wěn)定，一般不容易出現(xiàn)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(dǎo)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(jié)果進行仿真，如圖8所示。

    結(jié)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(xiàn)幅值偏低的情況，基本可以判斷故障為V3，V4出現(xiàn)短路。

4 結(jié) 語
    選擇電路仿真軟件Protel 99 SE對隨動系統(tǒng)主要的部件(A01～A09)進行電路仿真，建立電路板故障數(shù)據(jù)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(tǒng)的教學(xué)中，實現(xiàn)教學(xué)手段的創(chuàng)新，提高教學(xué)訓(xùn)練的效率和效果。通過該設(shè)計得出結(jié)論：利用電路仿真軟件Protel 99 SE進行某隨動系統(tǒng)主要工作單元電路的仿真研究，為隨動系統(tǒng)檢測和故障診斷提供重要依據(jù)。