郑州航院RLC串联电路稳态电流参数设计.docx

1、郑州航院RLC串联电路稳态电流参数设计郑州航空工业管理学院课 程 设 计 报 告11级 质量与可靠性工程 专业101班题 目 RLC串联电路稳态电流参数设计 姓 名涂宏宇学号110510127指导教师薛丽职称教授二一四年十二月一日目录RLC串联电路稳态电流参数设计题目110510127涂宏宇 指导教师：薛丽教授0课程设计内容介绍1对象介绍:本次课程设计的对象是RLC电路，RLC电路是包含了电阻R单位为欧姆（，Ohm）、电感L单位是亨利（henry），标记为H，、电容单位是法拉（farad），标记为F，和电源单位为伏特（V）等这些电气元件组成的电路。这些电器元件连接起来，构成闭合回路，为电荷的流

2、通提供载体和路径。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。2目标：本次实验的目标是要实现稳态电流，找到使电流大小控制在10A得最佳参数组合，并且尽量保证经济性和稳健性。稳健性我们可以用信噪比和灵敏度去检验，经济性我们可以根据各个元件的精度获得。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。质量特性 y：稳态电流。目标值：m = 10A。1找到最佳参数组合。2稳健性：质量特性波动小，抗干扰（外、内、间）能力强。3经济性：产品成本低，价格便宜。3简要步骤：1制定可控因素水平表。2利用正交表进行内设计。3制定误差因素水平表。4用内外表直积法进行外设计。5求质量特性值。6计算SN比和灵敏度。7统计分析。8确定最佳参数设计方案。1 定义阶段（D

3、efine）1.1电阻在电磁学里，电阻是一个物体对于电流通过的阻碍能力，定义为R=V/I。其中，R 为电阻，V 为物体两端的电压，I 为通过物体的电流。电阻的单位为欧姆（，Ohm）尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。电阻器(Resistor)，泛指所有用以产生电阻的电子或电机配件。1.2电感电感（inductance）是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。电感的单位是亨利（henry），标记为“H”，是因美国科学家约瑟亨利命名。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。电感器（inductor）是专门用在电路里实现电感的电路元件。螺线管是一种简单的电感器，指的是多重卷绕的导线（称为“

4、线圈”），内部可以是空心的，或者有一个金属芯，特点是阻交流通直流。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。1.3电容在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容（capacitance），标记为C。记为C=Q/V。电容的单位是法拉（farad），标记为F。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。电容器（Capacitor）是两金属板之间存在绝缘介质的一种电路元件，它利用二个导体之间的电场来储存能量，特点是阻直流通交流。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。2测量阶段（Measure）2.1制定可控因素水平表实验电路为RLC电路，可控因素为电阻R，电感L和电容C，先设置初始值如下表：表2-1可控因素水平表 水平 因素123R()1012

5、15L(H)0.010.020.03C(uF)1201501802.2内设计选用正交表L9(34)进行内设计。设计方案如下表：表2-2内表序 号R()1L(H)2C(uF)311(10)1(0.01)1(120)212(0.02)2(150)313(0.03)3(180)42(12)125223623173(15)13832193322.3制定误差因素水平表在RLC电路中，误差因素有5个，它们是电阻R，电感L，电容C，电压V和频率。由于本次实验为使电路的质量特性抗干扰能力强，所以根据：硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。电压U = 220 V，国家标准对电网电压波动等级有如下规定：电压等级 A级 B级 C级

6、波动范围 5% 7% 10%频率f = 50 Hz，国家标准对电网频率波动等级有如下规定：频率等级 A级 B级 C级波动范围0.05Hz 0.50Hz 1.00Hz外干扰选取最大波动的C级电压和C级频率,如下：V1=198V，V2=220V，V3=242Vf1=49Hz,f2=50Hz,f3=51Hz内干扰电阻R，电感L，电容C选取精度为10%的E12标准。其三水平如下：第二水平=内表给出的中心第一水平=内表给出的中心值（1-10%）第三水平=内表给出的中心值（1+10%）则9个方案的误差因素水平表如表2-3所示：表2-3 误差因素水平表内表方案号水平号误 差 因 素RLCVf1R=10 L=

7、0.01C=120190.009108198492100.01120220503110.011132242512R=10 L=0.02C=150190.018135198492100.02150220503110.022165242513R=10 L=0.03C=180190.027162198492100.03180220503110.033198242514R=12 L=0.01C=150110.80.009135198492120.0115022050313.20.011165242515R=12 L=0.02C=180110.80.018162198492120.02180220503

8、13.20.022198242516R=12 L=0.03C=120110.80.027108198492120.0312022050313.20.033132242517R=15 L=0.01C=180113.50.009162198492150.0118022050316.50.011198242518R=15 L=0.02C=120113.50.018108198492150.0212022050316.50.022132242519R=15 L=0.03C=150113.50.027135198492150.0315022050316.50.033165242512.4进行外设计选用L

9、27（35）正交表进行外设计，采用内外表直积法，其直积方案如下图 ：表2-4内外表直积方案实验号K因素、列号j1232627R1L27（35）(外表)L2C3V4f 5因素、列号j实验号iRLCiSiyi1yi2yi3yi26yi271234(dB)(dB)1L(3)(内表)1S1y11y12.y12722S2y21y22.y22733S3.44S455S566S677S788S899S9y91y92.y9272.5测质量特性y可利用Multisim软件进行实验，测得质量特性y即电流强度，首先给出内表中一号方案的外表。表2-5内表中一号方案的外表 列号序号i 因素j1R2L3C4V5fyi11

10、(9)1(0.009)1(108)1(198)1(49)6.888211112(50)7.040311113(51)7.193412(0.01)2(120)2(220)18.5865122228.7806122238.974713(0.011)3(132)3(242)110.73281333210.97891333311.225102(10)12319.21111212329.40812212339.60613223118.52114223128.70215223138.88616231217.72017231227.89318231238.067193(11)13218.9972031322

11、9.18221313239.36422321318.30223321328.40824321338.60925332117.58326332127.74727332137.912依次测算内表中其余8个方案所对应的稳态电流值如表2-6所示：表2-6 内外表直积法测算出的电流强度表i内 内表i外表j123456789yi16.8889.61610.9668.29510.9498.1498.3988.0239.785yi27.0409.87211.1998.46411.2028.3889.8418.19510.063yi37.19310.13511.4308.63311.4568.63010.057

12、8.34210.223yi48.58612.27714.63910.23913.69910.54411.0159.81411.930yi58.78012.61513.90110.47714.00910.87711.1309.98412.099yi68.97412.95814.14610.65514.31811.20611.24210.15112.257yi710.73215.37516.26912.37616.72413.41612.70011.68113.939yi810.97815.97116.51012.62517.08513.84312.81711.86914.089yi911.225

13、16.25016.73412.87317.42214.27612.93112.05314.228yi109.21112.76113.53510.81613.96310.86811.18910.01811.827yi119.40813.08013.75211.01914.24311.16811.28910.16911.971yi129.60613.40213.96111.22114.51911.46911.38610.31712.109yi138.52110.72911.9099.66312.54710.1549.5388.79310.220yi148.70211.01212.0679.8411

14、2.78310.4379.6128.91610.318yi158.88611.29912.21510.01613.01410.7269.6859.03510.410yi167.72011.01712.2459.20312.2979.1489.9038.81610.712yi177.89311.31912.4729.39012.5729.46210.0078.96810.863yi188.06711.61612.6909.57612.8499.75110.1079.11811.008yi198.99712.27911.97210.25412.86810.4919.7869.04210.286yi

15、209.18212.57712.11210.42513.08110.7539.8529.15110.374yi219.36412.83612.24310.59513.28711.0159.9159.25710.457yi228.30211.51812.2669.76312.6279.81010.1399.06610.726yi238.40811.80712.4679.94712.88310.08210.2329.20510.860yi248.60912.09712.66710.12913.13310.35710.3219.34210.987yi257.58311.04310.8288.7861

16、1.4089.2318.6707.9939.291yi267.74711.34210.9708.94611.6219.4908.7398.1059.380yi277.91211.64211.1409.10511.8329.7508.8048.2319.4643分析阶段（Analyze）3.1计算各种方案的信噪比和灵敏度S根据内表中的每号方案得到的27个质量特性yi1，yi2,，yi27，可以利用下列公式算出Si和i：阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。（1）（2）（3）（4）利用Excel编写公式计算出各种方案的信噪比和灵敏度S如表3-1所示：表3-1 内表的统计分析 因素 序 号R1L2C3(e)4i（d

17、B）Si（dB）1111117.33418.7742122217.34921.1993133317.34222.1844212318.59420.1045223118.56622.4576231218.97621.6307313218.99320.4208321318.69620.2929332118.40320.909分析T1j52.02554.92155.006T=CT=ST=T2j56.13654.61154.346T3j56.09254.72154.901S分析T1j62.15759.29860.696T=CT=T2j64.19163.94862.212T3j61.62164.7236

18、5.0613.2 SN比的方差分析将上表中数据导入minitab软件，进行方差分析如下：表3-2方差分析工作表3.3制定因素分类表根据方差分析结果中显著性因素，可得因素分类表如表3-3所示：表3-3因素因素类别信噪比分析灵敏度分析因素名称1*稳定因素无2*/稳定因素R3/*调整因素L4/次要因素C4改进阶段（Improve）4.1信噪比分析由minitab数据可知R影响显著。如表3-1所示，R的最优水平为R2，L的最优水平为L1，C的最优水平为C1，因此最优水平组合为R2L1C1，它使得信噪比值最大，是稳定性最好的设计方案。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。如表3-1所示,第7号方案的信噪比值最大为18

19、.993dB,因此可选R3L1C3为最好的设计方案。 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。再次利用Multisim7软件分别测算原方案和新方案的稳态电流值，并计算其相应的统计特性如表4-1所示：怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。表4-1两种方案统计特性的比较内表i外表j原方案R3L2C1(R=15,L=0.02mH,C=120mF)新方案R3L1C3(R=15,L=0.01mH,C=180mF)18.0238.39828.1959.84138.34210.05749.81411.01559.98411.130610.15111.242711.68112.700811.86912.817912.05312.9311010

20、.01811.1891110.16911.2891210.31711.386138.7939.538148.9169.612159.0359.685168.8169.903178.96810.007189.11810.107199.0429.786209.1519.852219.2579.915229.06610.139239.20510.232249.34210.321257.9938.670268.1058.739278.2318.804i19.45518.9939.3910.345所以应该选取稳定性更好的R3L1C3方案。4.2灵敏度分析如表3-2所示，L为调整因素，当最优水平组合的响应

21、没有达到目标时，可通过调整因素L进行调整，利用Multisim7软件调整L为0.005H时，得到稳态电流值为10.087A，与目标值最接近。对这两种方案的统计特性作比较如表4-2所示：谚辞調担鈧谄动禪泻類。表4-2两种调整方案统计特性的比较内表i外表j调整方案1：R3LC3(R=15,L=0.005mH,C=180mF调整方案2：R3LC3(R=15,L=0.009mH,C=180mF18.5968.94128.7279.08438.8579.232410.31810.792510.46610.959610.61211.123712.12112.741812.28412.929912.4431

22、3.1091010.79611.2011110.93611.3051211.07311.507139.3769.767149.4899.893159.60010.015169.2809.702179.4149.853189.54510.000199.86110.194209.96710.3102110.07010.423229.76010.128239.88710.2702410.01210.409259.5248.881269.6268.994279.7269.106信噪比20.07420.041平均值y10.08710.4024.3确定最佳参数设计方案由表看出，L=0.005H时稳定性更好

23、，电流平均值与目标值也更接近，测得L=0.005H时的稳态电流值为10.087A，L=0.009H时的稳态电流值为10.402A，所以选取R=15（采用E12标准件，波动量为10%），L=0.005H，C=180uF（采用E12标准件，波动量为10%）的组合，在电压为U = 220 V，C等级（波动量为10%），电源频率为f = 50 Hz，C等级（波动量为0.02%）时，电路的稳态电流为10.087A，信噪比为20.074dB。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。5课程设计总结两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情，这个实验极大的考验了我们在实验过程中的细心，因为繁琐的数据和单调的统计数据难免会有失误，虽然过程结果不是很完美，但是，但是做的过程中却培养了我们做什么事都要有细心的好习惯，才能在以后的工作和生活中更加细心。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。参考文献1牛小娟，质量工程II课件，2014.鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。2张公绪，孙静.新编质量管理学.北京:高等教育出版社，2003.课程设计答辩评语成绩答辩组长签名 20 年月日附：答辩小组成员名单：姓名职称