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 区苴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O一四年十二月一日目录RLC串联电路稳态电流参数设计目录0课程设计内容介绍4—润一瘗-赖1定义阶段（DEFINE）6—-爱氇谴净。1.1电阻6残鹫楼―—。1.2电感6―桧猪一L3电容6弹贸摄尔霁毙撰砖卤庑。2测量阶段（MEASURE）8：抟箧类蒋蔷制定可控因素水平表8厦礴恳蹒骈―继僵骚。内设计8茕桢广一选块网一制定误差因素水平表8鹅娅尽损鹤一茏一。进行外设计11一妈一债蛭练洒测质量特性Y12——艮讶骅汆。3分析阶段（ANALYZE）16计算各种方案的信噪比H和灵敏度S16SN比h的方差分析17版帝凤袜备一轮烂蔷。制定因素分类表24改进阶段（IMPROVE）15坛搏乡舅信噪比分析15蜡燮―铉锚§灵敏度分析17一一昙一闫,4.3确定最隹参数设计方案205课程设计总结21一彦―参考文献22猫―诛髅.庑课程设计答辩评语231■缮■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（Q,Ohm）、电感L单位是亨利（henry）,标记为H,、电容单位是法拉f@「@^,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，为电荷的流通提供载体和路径。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。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(Define)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(Q,Ohm)尧侧—.旬一督电阻器(Resistor),泛指所有用以产生电阻的电子或电机配件。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。识僦一缢濡一♦俨凄。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“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。，一.劳月匐锴痫嫦胫汆。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。.—灭萦欢蜴聋鹫金帛电容器(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。2测量阶段（Measure）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：2.2内设计fj一 2.2内设计fj一 水平f因素123R(Q)101215L(H)0.010.020.03C(uF)120150180表2-1可控因素水平表选用正交表LJ34）进行内设计。设计方案如下表:表2-2内表2.3制定误差因素水平表2.3制定误差因素水平表序号R(Q)L(H)C(uF)11(10)1(0.01)1(120)212(0.02)2(150)313(0.03)3(180)42(12)125223623173(15)1383219332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——蔹电压U=220V,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级波动范围《土5%<土7%<±10%频率f=50Hz,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：V'1=198V,V'2=220V,V'3=242Vf'i=49Hz,f'2=50Hz,f'3=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：第二水平二内表给出的中心第一水平二内表给出的中心值乂（1-10%）第三水平二内表给出的中心值乂（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R'L'C'V'f'1R=10L=0.01C=120190.009108198492100.01120220503110.011132242512R=10L=0.02C=150190.018135198492100.02150220503110.022165242513R=10L=0.03C=180190.027162198492100.03180220503110.033198242514R=12L=0.01110.80.009135198492120.0115022050

C=150313.20.011165242515R=12L=0.02C=180110.80.018162198492120.0218022050313.20.022198242516R=12L=0.03C=120110.80.027108198492120.0312022050313.20.033132242517R=15L=0.01C=180113.50.009162198492150.0118022050316.50.011198242518R=15L=0.02C=120113.50.018108198492150.0212022050316.50.022132242519R=15L=0.03C=150113.50.027135198492150.0315022050316.50.03316524251进行外设计选用L27(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

因素、/号jR'CV'f'L27（35）（外表）\因素、列号jt RLC\ 12 3 4实验号i\n(dB)y1 y2 y3 … y26 y2>71%S1y11 y12 >1274 L9（34）6 （内表）n2n3n4%n6n7n8S2S3S4S6S8y21 y22 y2279n9S9了91 y92 y927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R2:':5X11(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)12319.21111212329.40812212339.60613223118.52114223128.702

15223138.88616231217.72017231227.89318231238.067193(11)13218.9972031322936422321318.30223321328.40824321338.60925332117.58326332127.74727332137.912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、^内表i、外表j123456789yi16.8889.61610.9668.29510.9498.1498.3988.0239.785

yi27.0409.87211.1998.46411,2028.3889.8418.19510.063yi37.19310.13511.4308.63311.4568.63010.0578.34210.223y”i48.58612.27714.63910.23913.69910.54411.0159.81411.930y..i58.78012.61513.90110.47714.00910.87711.1309.98412.099%8.97412.95814,14610.65514.31811.20611,24210.15112.25710.73215.37516.26912.37616.72413.41612.70011.68113.939yi810.97815.97116.51012.62517.08513.84312.81711.86914.089y.qi911,22516.25016.73412.87317,42214.27612.93112.05314,228yi109.21112.76113.53510.81613.96310.86811.18910.01811.827yi119.40813.08013.75211.01914,24311.16811.28910.16911.971yi129.60613.40213.96111,22114.51911.46911.38610.31712.109yi138.52110.72911.9099.66312.54710.1549.5388.79310,220y”i148.70211,01212.0679.84112.78310.4379.6128.91610.318丫设i158.88611.29912,21510.01613.01410.7269.6859.03510.410九67.72011.01712,2459.20312.2979.1489.9038.81610.7127.89311.31912.4729.39012.5729.46210.0078.96810.863yi188.06711.61612.6909.57612.8499.75110.1079.11811.008yi198.99712.27911.97210.25412.86810.4919.7869.04210.286yi209.18212.57712,11210.42513.08110.7539.8529.15110.374yi219.36412.83612,24310.59513.28711.0159.9159.25710.457yi228.30211.51812,2669.76312.6279.81010.1399.06610.726yi238.40811.80712.4679.94712.88310.08210.2329.20510.860yi248.60912.09712.66710.12913.13310.35710.3219.34210.987yi257.58311.04310.8288.78611.4089.2318.6707.9939.291yi267.74711,34210.9708.94611,6219.4908.7398.1059.380yi277.91211,64211.1409.10511.8329.7508.8048.2319.464

3分析阶段（Analyze）3.1计算各种方案的信噪比n和灵敏度S根据内表中的每号方案得到的27个质量特性yijyi2,…，yi27，可以利用下列公式算出Sj和ni：Smi27ySmi27yi1+L+…+t,（1）1/27一、匕=犷y2-Sm）⑵jTTOC\o"1-5"\h\z.1/ 一s=101gp（S-V）（dB）i 27miei （3）1（SV）（4）=101g27miei（dB）i （4）ei

利用Excel编写公式计算出各种方案的信噪比n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)4ni(dB)Si(dB)1111117.33418.7742122217.34921.1993133317.34222.1844212318.59420.1045223118.56622.4576231218.97621.6307313218.99320.4208321318.69620.2929332118.40320.909n分析Tij52.02554.92155.006T=CT=S=TT2j56.13654.61154.346T3j56.09254.72154.901S分析Tij62.15759.29860.696T=CT=T2j64.19163.94862.212T3j61.62164.72365.061SN比n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17.33418.77417.34921.19917.34222.18418.59420.10418.56617.33418.77417.34921.19917.34222.18418.59420.10418.56622.45718.97621.63018.99320.42018.69620.29218.40320.909一般线性模型;一般线性模型;Hi与&LCststMiMi的方差分析，在检哈中使用调整的ss来源自由度SeqSSR来源自由度SeqSSR23.71586L20.01647C20.0838511280.178783.99496AdjSS AdjMS3.71586 1.85793 20.0.01647 0.00823 0.0.08385 0.04192 0.0.17878 0.08939780947F0.0460.9160.681S=0.298986S=0.298986R-Sq=95.52%R-Sq（调整）二82.10%一般线性模型;一般线性模型;Si与&L,C刑丰生3EAE值刑丰生3EAE值ILLS1S1的方差分析，在检骆中使用调整的SSC2嚣28C2嚣28来源自由度R 2L 2SeqSSAdjSS1.22551.22555.73935.73933.27433.27430.20790.207910.4469AdjMSF0.6127 5.892.869727.611.637115.750.1039F0.1450.0350.060S=0.322408S=0.322408R-Sq=98.01%R-Sq（调整）二92.04%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［，因此最优水平组合为（、］,它使得信噪比n值最大，是稳定性最好的设计方案。贸恳弹滤颔果。如表3-1所示，第7号方案的信噪比值最大为18.993dB,因此可选R3L1c3为最好的设计方案。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：表4-1两种方案统计特性的比较\内表i外表原方案R312cl(R=15Q,L=0.02mH,C=120mF)新方案R3L1c3(R=15Q,L=0.01mH,C=180mF)18.0238.39828.1959.84138.34210.05749.81411.01559.98411.130610.15111.242711.68112.700811.86912.817912.05312.9311010.01811.1891110.16911.2891210.31711.386138.7939.538

所以应该选取稳定性更好的R3L1C3方案。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10.087人，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：表4-2两种调整方案统计特性的比较内表i外表4调整方案1：R3LC3(R=15Q,L=0,005mH,C=180mF调整方案2：R3LC3(R=15Q,L=0.009mH,C=180mF18.5968.94128.7279.08438.8579.232410.31810.792510.46610.959610.61211.123712,12112,741812,28412.929912,44313.1091010.7