計(jì)算機(jī)仿真與及故障定位實(shí)習(xí)報(bào)告

計(jì)算機(jī)仿真與及故障定位實(shí)習(xí)報(bào)告一、總體方案設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書的要求為：將50Hz的方波進(jìn)行分解，得到基波，二次諧波，三次諧波，觀測各次諧波，并將各次諧波接至加法器的相應(yīng)輸入端，觀測加法器的輸出波形，即設(shè)計(jì)有源帶通濾波器。確定了要求實(shí)現(xiàn)的功能和達(dá)到的指標(biāo)，可以開始運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和掌握的技能以及工具軟件對(duì)實(shí)習(xí)任務(wù)就進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)。1、帶通濾波器的原理帶通濾波器只允許在某一個(gè)通頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)通過，比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號(hào)均加以衰減或抑制。這種濾波器經(jīng)常用在于抗干擾的設(shè)備中，以便接收某一頻帶范圍內(nèi)的有效信號(hào)，而消除高頻段及低頻段的干擾和噪聲。帶通濾波器原理示意圖：20lg20lg阻通阻阻通阻OOf在此處鍵入公式。f2f在此處鍵入公式。ff二階帶通濾波器的電路原理及對(duì)數(shù)幅頻特性示意圖:由圖可見，Q值越大，則通頻帶越窄，即選擇性好。帶通濾波器主要性能參數(shù)有：（1）通帶增益：（2）中心頻率：（3）通帶寬度：（4）品質(zhì)因素：有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時(shí)產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時(shí)還可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率。其優(yōu)點(diǎn)是反映動(dòng)作迅速，濾除諧波可達(dá)到95％以上，補(bǔ)償無功細(xì)致。缺點(diǎn)為價(jià)格高，容量小。一般無源濾波指通過電感和電容的匹配對(duì)某次諧波并聯(lián)低阻（調(diào)諧濾波）狀態(tài),給某次諧波電流構(gòu)成一個(gè)低阻態(tài)通路。這樣諧波電流就不會(huì)流入系統(tǒng)。無源濾波的優(yōu)點(diǎn)為成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)相對(duì)成熟，容量大。缺點(diǎn)為諧波濾除率一般只有80％，對(duì)基波的無功補(bǔ)償也是一定的。由于實(shí)習(xí)要求分解方波得到基波和高次諧波，綜合考慮選擇了有源濾波。綜上，根據(jù)實(shí)習(xí)要求，中心頻率f02、諧波諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量.產(chǎn)生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。實(shí)習(xí)要求方波分解得到基波（一次諧波），二次諧波，五次諧波，故方波信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)展開式為

f由上式可以看出三次諧波的中心頻率為基波的3倍，五次諧波的為基波的5倍，根據(jù)帶通濾波器中心頻率公式即可求得產(chǎn)生三次諧波和五次諧波的電路參數(shù)。3、輸出設(shè)計(jì)為將各次諧波合成仿真輸出，應(yīng)該設(shè)計(jì)在輸出端接一個(gè)運(yùn)放，依據(jù)要求選擇AD704。AD704是低功耗、雙極型的運(yùn)算放大器，它具有雙極型場效應(yīng)晶體管(BiFET)的輸入級(jí)。因此，具有輸入阻抗高、輸入失調(diào)電壓低、輸入偏置電流小、輸入失調(diào)電壓漂移小的特點(diǎn)。由于采用了超雙極型場效應(yīng)晶體管輸入級(jí)，輸入偏置電流達(dá)到了微安級(jí)的水平，使它既具有BiFET與雙極型運(yùn)算放大器的許多優(yōu)點(diǎn)，又克服了全溫度范圍內(nèi)偏置電流(Iβ)漂移大的缺陷。在全溫度范圍內(nèi)，它的Iβ典型應(yīng)用僅增長5倍，而一般BiFET運(yùn)算放大器IB要增長1000倍。由于采用超β雙極性技術(shù)，AD704的失調(diào)電壓達(dá)到微伏級(jí)，并且還具有精密雙極型運(yùn)算放大器的低噪聲特性。與op-07相比，輸入失調(diào)電壓僅為op-07的1/15。溫度漂移值為op-07的1/2。由于是BiFET輸入級(jí)，因此，信號(hào)源阻抗可以比op-07高得多，而它的直流精度卻保持不變。4、綜合以上的設(shè)計(jì)，電路主要由五個(gè)模塊組成，分別是：（1）1V50Hz的脈沖激勵(lì)源（2）帶通濾波器電路（3）三次諧波電路（4）五次諧波電路（5）運(yùn)放電路二、電路設(shè)計(jì)由總體方案設(shè)計(jì)可以得到最終的電路圖如下：三、電路仿真與測試1、輸入輸出波形仿真上圖的仿真波形從上到下依次為：（1）輸入激勵(lì)源，為1V50Hz的脈沖；（2）輸出基波，為15V50Hz的正弦波；（3）輸出三次諧波，為5V150Hz的正弦波；（4）輸出五次諧波，3V250Hz的正弦波；（5）輸出基波、三次諧波和五次諧波的合成波形，6V50Hz的方波。2、傅里葉分析（頻譜圖）從輸入輸出波形可以看出50Hz方波分解得到的基波和諧波，以及經(jīng)過頻譜分析，輸入波形和合成輸出的波形頻譜一致，所以仿真結(jié)果基本滿足任務(wù)要求。四、總結(jié)雖然得出了較為接近的仿真結(jié)果，但是從波形上看，還是有較嚴(yán)重的失真，可以推斷是電路設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)置及仿真參數(shù)的設(shè)置出現(xiàn)偏差所致，由于能力和時(shí)間有限，經(jīng)過調(diào)整仍不能改善輸出波形。不過我是不會(huì)就此放棄的，在實(shí)習(xí)結(jié)束后仍將利用空閑時(shí)間解決遺留問題，為的是能徹底了解自己所學(xué)的知識(shí)并能應(yīng)用于實(shí)際。為期兩周的計(jì)算機(jī)仿真與故障定位實(shí)習(xí)，從資料的搜集整理，方案分析選擇，