Protel 99 SE在某装备随动系统电路仿真中的应用

某高炮由于采用双读数电路的随动系统，实现了该炮的全自动快速跟踪和瞄准，有效提高了其作战性能，大大提高了射击精度，但同时也存在问题：该随动系统由多种集成电路和多块印制电路板组成，电路复杂，结构多样化，因此故障检测和诊断难度大。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 电路仿真软件Protel 99 SE介绍及仿真流程  

Protel是众人熟悉的电子CAD软件，而Protel 99SE提供了模拟电子线路和数字电路的电路仿真能力，仿真的结果和数据精确。该软件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、低频电子线路、高频电子线路、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  

选择电路仿真软件Protel 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：利用电路仿真软件Protel 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。