课程设计郑州航院质量工程.doc

1、 课 程 设 计 报 告 2008 级 质量与可靠性工程 专业 0805102 班 课程名称 RLC串联电路稳态电流参数设计 姓 名 杨建垒 学号 080510222 指导教师 薛丽 职称 教 授 2011 年 11 月 20 日 2 目录 目录 2 1 内容简介 3 1.1 实验对象 3 1.2 实验目的 3 1.3 实验目标 3 2 用内外表直积法法进行实验，并写出详细的实验步骤 4 2.1 制定可控因素的水平表 4 2.2 内设计 4 2.3 制定误差因素水平表 4 2.4 外设计 6 2.5 求质量特性 y 6 2.6 计算各种方案的信噪比 和灵敏度 S 7 2.7 进行信噪比 与灵敏

2、度 S 的方差分析 8 （ 1）信噪比 方差分析 8 （ 2）对灵敏度 Si进行方差分析 10 3.确定最佳的参数组合 11 3 1.内容简介 1.1 实验对象 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。 图 1： RLC 电路图 1.2 实验目的 本次试验的目的是为了将质量工程中所学的知识尤其是田口方法进行实际的应用，以加深对

3、理论知识的理解，达到学以致用略有拔高的目的。 1.3 实验目标 本次试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。稳健性我们可以用性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。 R5 O hm L0 . 0 2 H C1uF V1 0 0 V 5 5 Hz 0 D e g IA C 1 e - 0 0 9 Oh m0 . 0 0 0 A+ -4 （ 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。

4、 2用内外表直积法法进行实验，并写出详细的实验步骤 2.1 制定可控因素的水平表 本次试验为 RLC 电路，可控因素是电阻 R 和电感 L和电容 C，他的初始值由我们自己设置如下表： 表 1： 可控因素水平表 水平 因素 1 2 3 R(） 2 6 10 L(H） 0.01 0.02 0.03 C( F） 100 110 120 2.2 内设计 根据已设置的可控因素水平表，进行内设计，选用正交表 L9(34)作为内表进行内设计 ，设计方案如下： 表 2： （内表） 序号 R 1 L 2 C 3 1 1（ 2） 1(0.01) 1(100) 2 1 2(0.02) 2(110) 3 1 3(0.

5、03) 3(120) 4 2(6) 1 2 5 2 2 3 6 2 3 1 7 3(10) 1 3 8 3 2 1 9 3 3 2 2.3 制定误差因素水平表 在本次实验中，误差因素公有五个，分别是电压 V，电阻 R，电感 L ,电容 C，和频率 。对于频率 ,因为 不管是从谐波频5 率逐渐减小还是逐渐增大，电流一定是减小的， 他对电流始终是阻碍作用，所以本实验不考虑电源的频率，只取其他四个因素作为研究对象。由于本次试验的目标是在保证成本最低的情况下找到最佳的组合使电流稳定在 10A，所以我们选用等级最低的 C 级电源电压，而电容、电感、电阻的误差波动我们都取 10%，电源电压的初始值设为22

6、0V 以达到本次试验的目的。 9 个方案的误差因素水品表如下： 表 3： 误差因素水平表 内表方案号 水平号 误差因素 R L C V 1 R=2 L=0.01 C=100 1 1.8 0.009 90 198 2 2 0.010 100 220 3 2.2 0.011 110 242 2 R=2 L=0.02 C=110 1 1.8 0.018 99 198 2 2 0.020 110 220 3 2.2 0.022 121 242 3 R=2 L=0.03 C=120 1 1.8 0.027 108 198 2 2 0.030 120 220 3 2.2 0.033 132 242 4 R

7、=6 L=0.01 C=110 1 5.4 0.009 99 198 2 6 0.010 110 220 3 6.6 0.011 121 242 5 R=6 L=0.02 C=120 1 5.4 0.018 108 198 2 6 0.020 120 220 3 6.6 0.022 132 242 6 R=6 L=0.03 C=100 1 5.4 0.027 90 198 2 6 0.030 100 220 3 6.6 0.033 110 242 7 R=10 L=0.01 C=120 1 9 0.009 108 198 2 10 0.010 120 220 3 11 0.011 132 24

8、2 8 R=10 L=0.02 C=100 1 9 0.018 90 198 2 10 0.020 100 220 3 11 0.022 110 242 9 R=10 L=0.03 C=110 1 9 0.027 99 198 2 10 0.030 110 220 3 11 0.033 121 242 6 2.4 外设计 选用 L9(34)正交表进行外设计， 才用内外表直积法，其直积方案如下表： 表 4：内外表 2.5 求质量特性 y 根据内表中的 R、 L、 C 的值和电源电压（ 220V， 50HZ），利用Multism 软件仿真，可以直接得到电流大小。我们首先计算出外设计方案表中第一个方

9、案的 y 值如下表。 表 5： （方案 1y 值） 列号因素 j 序号 i 1 R 2 L 3 C 4 V yi 1 1（ 1.8） 1（ 0.009） 1(90） 1(198) 6.075 2 1 2（ 0.010） 2(100) 2(220) 7.653 3 1 3（ 0.011） 3(110) 3(242) 9.473 4 2（ 2） 1 2 3 8.324 5 2 2 3 1 7.653 6 2 3 1 2 6.880 7 3（ 2.2） 1 3 2 8.396 8 3 2 1 3 7.492 9 3 3 2 1 6.957 仿照上述过程，把内外表中的数据依次输入 软件，可以得到其余7

10、 8 种方案的质量特性，如下表： 表 6： 所有方案质量特性表 外表 j 内表 i yi1 yi2 yi3 yi4 yi5 yi6 yi7 yi8 yi9 1 6.075 7.653 9.473 8.324 7.653 6.880 8.396 7.492 6.957 2 6.751 8.284 10.442 8.415 10.641 14.055 7.742 10.114 14.222 3 7.426 9.112 11.487 6.885 8.706 11.500 8.602 11.271 15.802 4 6.640 8.107 7.220 8.307 10.420 10.777 10.17

11、5 13.134 12.279 5 7.378 9.008 8.023 9.138 11.462 10.433 8.325 10.746 10.047 6 8.116 9.909 8.825 7.476 9.378 8.536 9.250 11.940 11.163 7 7.040 6.378 7.819 8.650 8.019 10.034 10.340 9.830 12.496 8 7.822 7.086 8.688 9.515 8.821 11.037 8.460 8.042 10.224 9 8.605 7.795 9.556 7.785 7.217 9.030 9.400 8.936

12、 11.360 2.6 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 9 个质量特性 yi1， yi2,， yi9，可以利用下面公式算出 Si和 i。 29i2i1imi yyy91 S ）（ mi91j2ijei -y81 SV )d)(V-91lg10 eimii BSS （ ）（）（BVSdV-91lg10eieimii 例如： Sm1=91 （ 6.075+7.653+ +6.957） 2=527.5137，而 Ve1=81（ 6.0752+7.6532+ 6.9572-Sm1） =0.989071 8 所以 S1=10 1091（ 527.5137-0.98971）

13、 =17.67176 1=17.71949。 利用 Excel表格的计算功能 可以计算出其它的信噪比和灵敏度如 下： S2=20.03， S3=20.04， S4=19.68， S5=19.44， S6=19.45， S7=19.02 ， S8=18.93， S9=18.93； 2=11.58, 3=11.25, 4=12.66, 5=16.74, 6=16.36 , 7=13.43, 8=17.13, 9=17.13。 把结果输入表格得下表： 表 7： 内表的统计分析 因素 列号 j 序号 i R 1 L 2 C 3 （ e） i（ dB） Si（ dB） 1 1 1 1 1 17.71 1

14、7.67 2 1 2 2 2 11.58 20.03 3 1 3 3 3 11.25 20.04 4 2 1 2 3 12.66 19.68 5 2 2 3 1 16.74 19.44 6 2 3 1 2 16.36 19.45 7 3 1 3 2 13.43 19.02 8 3 2 1 3 17.13 18.93 9 3 3 2 1 17.13 18.93 分 析 T1j 40.54 43.80 51.58 T= i=133.99 的均值为 14.88CT=1992.72 ST=56.97 T2j 45.76 45.45 41.37 T3j 47.69 44.74 41.04 S 分 析 T

15、1j 57.74 56.37 56.05 T=173.19 S 的均值为 19.24 CT=3331.59 ST=5.41 T2j 58.57 58.40 58.64 T3j 56.88 58.42 58.50 2.7 进行信噪比 与灵敏度 S 的方差分析 9 （ 1）信噪比 方差分析 总波动平方和为： ST=91 i2-CT =（ 17.712+11.582+ +17.132） -1991.72 =2049.69-1992.72 =56.97 fT=n-1=8 电阻和电感引起的误差平方和为 ： SR=（ 40.542+45.762+47.692） /3-1991.72=12.21 其自由度为

16、 ： fR=3-1=2。 SL=（ 43.802+45.452+44.742） /3-1991.72=3.55 其自由度为 ： fL=3-1=2。 将这些数据填入 Minitab 工作表，利用田口设计也可以得出同样的结果。 首先将数据 输入 工作表 得到 下面的截图： 图 2： Minitab 截图 10 用田口正交表设计进行方差分析 一般线性模型 : 信噪比 i 与 R, L, C 一般线性模型 : 信噪比 与 R, L, C 因子 类 型 水平数 值 R 固定 3 1, 2, 3 L 固定 3 1, 2, 3 C 固定 3 1, 2, 3 信噪比 的方差分析，在检验中使用调整的 SS 来源

17、 自由度 Seq SS Adj SS Adj MS F P R 2 9.12 9.12 4.56 0.38 0.724 L 2 0.46 0.46 0.23 0.02 0.981 C 2 21.36 21.36 10.68 0.89 0.528 误差 2 23.94 23.94 11.97 合计 8 54.88 S = 3.45965 R-Sq = 56.38% R-Sq（调整） = 0.00% 因为 F0.05（ 2,8） =4.46 且 P（ C） =0.528，所以 C因素影响非常显著 （ 2）对灵敏度 Si进行方差分析 一般线性模型 : 灵敏度 Si 与 R, L, C 因子 类型 水

18、平数 值 R 固定 3 1, 2, 3 L 固定 3 1, 2, 3 C 固定 3 1, 2, 3 灵敏度 的方差分析，在检验中使用调整的 SS 来源 自由度 Seq SS Adj SS Adj MS F P R 2 0.4761 0.4761 0.2380 0.33 0.750 L 2 0.9249 0.9249 0.4624 0.65 0.608 C 2 1.4145 1.4145 0.7072 0.99 0.503 误差 2 1.4318 1.4318 0.7159 合计 8 4.2472 S = 0.846109 R-Sq = 66.29% R-Sq（调整） = 0.00% 通过分析我们知道都 P(R),P(L),P(C)都大 于 0.05，所以 P(C)显著。 做出可控因素因素水平表如下： 表 8 可控因素水平表 类别 信噪比分析 灵敏度分析 因素名称 R 比较显著 * 比较显著 * 稳定因素 R