第２５卷第８期 国外电子测量技术 Ｖ０Ｌ ２５，Ｎｏ．８ Ａｕｇ．，２００６ ２００６年８月 Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 基于Ｐｓｐｉｃｅ的线性测控系统分析 莫明建 熊发明 朱国魂 （１．桂林旅游高等专科学校桂林５４１００４；２．桂林电子科技大学 桂林５４１ＯＯ４） 摘要：介绍基于ＯＲＣＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ的线性测控系统计算机辅助分析方法。ＯＲＣＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ较目前 常用的ＭＡＴＬＡＢ有其独特之处，较好地解决控制模型电路分析中命令与函数难以掌握的问题，特 别为解决多输入多输出的系统分析难点提供了有效途径。文中分别从系统方框图绘制，稳态误差分 析和波特图绘制三部分入手，详细讨论利用ＡＢＭ库实现和操作的技术，这种直观的辅助分析方式 可以增强对测控系统感性认识，且易于定量分析。 关键词：线性控制系统ＰＳｐｉｃｅ 系统方框稳态误差分析波特图 Ｐｓｐｉｃｅ ａｉｄｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏ Ｍｉｎｇｊ ｉａｎ Ｘｉｏｎｇ Ｆａｍｉｎｇ Ｚｈｕ Ｇｕｏｈｕｎ （１．Ｇｕｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｏｕ￣ｓｍ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ＯＲＣＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ ｂａｓｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｐｓｐｉｃｅ ｈａｓ ｓｏｍｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＭＡＴＬＡＢ．Ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，Ｐｓｐｉｃｅ ｄｏｅｓｎ＇ｔ ｒｅｑｕｉｒｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｔｏ ｇｒａｓｐ ｃｏｍｍａｎｄ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｐｏｒｔ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ｐａｒｔｓ：ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｐｌａｎ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｕｄ ｃｈａｒｔ ｄｒａｗｓ ｕｐ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｔｏ ｕｓｅ ＡＢＭ ｄａｔａｂａｓｅ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｉｓ ｄｉｒｅｃｔ—ｖｉｅｗｉｎｇ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｙ ｍｉｇｈｔ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｅａｓｉｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ＰＳｐｉｃｅ，ｓｙｓｔｅｍ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ，Ｓｔｅａｄ－ｓｔａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｂｏｌｄ ｐｌｏｔ． ０引 言 自动控制技术已经应用非常普遍，目前国内外 绝大多数教材使用ＭＡＴＬＡＢ进行教学ｌ１ ］。由于 般教材中控制模型均与电路分析挂钩，因ＭＡＴ— ＬＡＢ为命令行输人方式，要使用它，必须熟悉 ＭＡＴＬＡＢ的命令和函数ｌ３］，这对初学者来说不容 一它具备了类似ＬＡＰＬＡＣＥ，微分，积分等元件，可以 供模型电路行为级仿真分析。 系统结构绘制 下面用一个实际例子进行分析。图１是常见自 控系统中的结构图。（１）求ｒ（ｔ）＝ｓｉｎｔ（ｎｔ）下的稳态 输出Ｃｓｓ和稳态误差Ｅｓｓ；（２）绘制其闭环波特图。 易掌握。此外，对于多输人多输出的系统，设置也并 非容易。本文提出一种采用ＰＳｐｉｃｅ进行定量分析 的新思路，可以更加直接和方便地观察实际系统响 应结果。 相比ＭＡＴＬＡＢ等教学软件，ＰＳｐｉｃｅ更容易获 取，可以从网络上获取学生版本的ＰＳｐｉｃｅ，或者是 ＯＲＣＡＤ的Ｄｅｍｏ套件（内含Ｐｓｐｉｃｅ）。ＰＳｐｉｃｅ安装 比较容易，安装好后，可以直接工作，不用重新启动。 Ｐｓｐｉｃｅ中有一个ＡＢＭ（Ａｎａｌｏｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ Ｍｏｄｅ１）库， 图１ 系统结构图 首先绘制图１的系统框图，其基本过程为： （１）启动程序，进人起始按钮［Ｓｔａｒｔ］＝＞［Ｐｒｏ— ｇｒａｍｓ］一＞【ＰＳｐｉｃｅ Ｓｔｕｄｅｎｔ】一＞【Ｃａｐｔｕｒｅ 作者简介：莫明建（１９７１一），男，桂林旅游高等专科学校教师，主要从事计算机技术在现代教学中应用的研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com
６８ 国外电子测量技术 第２５卷 Ｓｔｕｄｅｎｔ］，启动Ｐｓｐｉｃｅ学生版本。一 （２）选择菜单【Ｆｉｌｅ】一＞【Ｎｅｗ】一￣［Ｐｒｏｊｅｃｔ］， 建立一个Ｐｒｏｊｅｃｔ，此时将显示一个对话框，要注意 选择模拟和混合Ａ／Ｄ仿真，另外路径和文件名中不 可以使用中文。此后选择空的Ｐｒｏｊｅｃｔ。此时出现 的是一个空的原理图。 （３）元件放置。点击［Ｐｌａｃｅ］一＞［Ｐａｒｔ］．将出 现图２所示菜单，由于初始情况元件很少，必须追加 库，特别是ＡＢＭ库，点击按钮【Ａｄｄ Ｌｉｂｒａｒｙ］。追 加一个库就可以，或者使用［Ｐａｒｔ Ｓｅａｒｃｈ］按钮进行 元件查找，例如输入名字“ＬＡＰＬＡＣＥ”可以查找到 ＬＡＰＩＡＣＥ元件。 图２ ＬＡＰＬＡＣＥ元件的放置 （４）再放入差分ＤＩＦＦ元件，它也属于ＡＢＭ库。 为了绘制波特图，还必须放置ＳＯＵＲＣＥ库中电压 源ＶＡＣ和信号地，注意信号地属于Ｓｏｕｒｃｅ库的元 件０，如果仿真时候出现浮地提示，则可能是该信号 地没选对。 （５）为了求解正弦波下的输入，还要放置一个 ＶＳＩＮ信号源以及ＡＢＭ库中地信号加法器ＳＵＭ 元件，其中ＶＳＩＮ参数根据题目要求（Ｔ一２，求得 ＦＲＥＱ＝０．５）设置见图３。最后绘制连线和字符，形 成如图３所示结构图。 Ｖ０ｎ ＝０ ＶＡＭＰＬ：１ ＦＲＥＱ＝０．５ ” 图３ ＯＲＣＡＤ／ＰＳＰＩＣＥ绘制的系统结构图 （６）绘制后产生网络表，用来检查错误，选择 菜单［Ｐｓｐｉｃｅ］＝￣［Ｃｒｅａｔｅ Ｎｅｔｌｉｓｔ】，如果有错 系统会有提示。 ２ 系统稳态误差求解 网络表一旦正确，就可以求解Ｃｓｓ和Ｅｓｓ、地输 出。选择菜单［Ｐｓｐｉｃｅ］一＞［Ｎｅｗ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏ— ｆｉｌｅ］，在提示对话框中输入ＳＩＮ，将显示图４所示内 容，在［Ｒｕｎ ｔｏ］输入时间，图４输人为４ｓ。按【确定】 完成设置。 为了方便观察，可以放置网络表名，例如为了观 察稳态误差，可以标识Ｅｓｓ，然后放置电压观测点， 进入菜单［Ｐｓｐｉｃｅ］＝＞［ｍａｒｋｅｒｓ】一：＞［ｖｏｌｔａｇｅ ｌｅｖ— ｅｌｌ，然后分别在图５所示的三个地方放置符号。 图４ 稳态误差输出仿真设置 图５ 网表名和电压观察点 选择菜单［Ｐｓｐｉｃｅ］＝＞【Ｒｕｎ】，运行仿真，可以 得 。。叠 ０ ｝ｉ ｊ‘毒 ；； … Ｊ 童： 暑 ：０． ： …十十＿÷ 一哥 一 ‘。ｒ… － ・ －ｌ 书 薹糍！蕊 ：． ．‘ ；’ ｊ． －－ ｊ、 ≯侉 ’， ：●、 ｛。’１¨． ！．｝ ．’； 薯下 ’一 ●．气 ；－ｌ ；Ｘ 、 －－：‘ ． 一一 毒 卜≯ ｉ ： 趣；｝ 一 ．图６ 仿真波形图 由图６可见，初始时Ｖ（Ｅｓｓ）与系统输人同步， 然后逐步超前，最后超前系统输入大约９度，幅度为 系统输入０．８倍，而系统输出Ｖ（ＬＡＰＬＡＣＥ：ＯＵＴ） 滞后系统输入大约６Ｏ度，幅度为系统输入０．３倍。 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年第８期 莫明建等：基于Ｐｓｐｉｅｅ的线性测控系统分析 ６９ 可以验证这与理论计算数值相吻合。 ＼： ： —＼： ３ 波特图的绘制 ＼＼ ７、、 ：＼ ：＼ ｉ 在图４中，分析类型［Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｙｐｅ］下拉选择 ＼ 【ＡＣ Ｓｗｅｅｐ ／Ｎｏｉｓｅ］类型，并填人相关仿真数值，如 ｊ 图７所示。 ＼ ＼ ＼／ ＼ 。＼ ｏ ｇＯＢ（ＯＵＴ）・ｖＰ（ＬＡＰＬＡＣ．Ｅ２：ＯＵＴ） 图８ 输出波特图 图７ 绘制波特图的仿真设置 误差分析等内容，展现了线性系统新的分析方法。 经确定后，重新按图５步骤操作，为方便起见， 这对于自动化专业技术人员能更加直观了解线性系 可以在输出端加人网络名Ｏｕｔ，为了观察对数幅频 统特性提供了有效途径。 电压和相位，所以选择菜单［Ｐｓｐｉｅｅ］＝＞［ｍａｒｋｅｒｓ］ ＝＞［ａｄｖａｎｃｅｄ］一＞【（ｍ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ］，在 参考文献 输出部分放置该观察点Ⅵ）Ｂ（０ｕｔ），然后按类似操 ［１］张利．自动控制理论课程的ＭＡＴＬＡＢ辅助教学［Ｊ３．电 作在放置电压相位观察点Ⅶ（ｏｕｔ），重新产生网络 气电子教学学报，２００３，２５（１）． 表。运行后得到图８所示结果。 ［２］Ｊｏｈｎ Ｊ．Ｄ’Ａｚｚｏ，Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｎｅ Ｈ．Ｈｏｕｐｉｓ．Ｌｉｎｅａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ 图８中相位ＶＰ（ｏＵＴ）和幅值ｖＤＢ（ＯｕＴ）混 Ｓｙｓｔｅ￣Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓ ｇｎ［Ｍ］．Ｆｏｕｒｔｈ Ｅｄｉｔｏｒ，１９９５． 合在一起，为了方便观察，可以从Ｐｒｏｂｅ窗口菜单 ［３］杨东勇，等．图形交互式自动控制系统计算机辅助教学 ［Ｐｌｏｔ］再度开一个Ｐｌｏｔ，然后将Ⅵ）Ｂ（ＯＵＴ）和ＶＰ 软件设计开发［Ｊ］．计算机应用研究，２０００（１２）． （０ＵＴ）分开显示，就可以清晰看到相同频率下的幅 ［４］朱国魂，陈宏．电子电路ＣＡＤ教程［Ｍ］．桂林：桂林电 相特性。 子工业学院出版社，２００３． ［５］熊发明．新编电子电路与信号课程实验指导［Ｍ］．北 ４ 结束语 京：电子工业出版社，２００５． ［６］李金平．模拟集成电路基础［Ｍ］．北京：清华大学出版 本文通过绘制系统框图、正弦波输入下系统的 社，２００４． ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊－１（－＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 泰克在２００６年认证无线ＵＳＢ开发人员 大会上演示ＵＷＢ测试功能 泰克公司宣布，它在美国举办的认证无线ＵＳＢ 和调试ＵＷＢ信号。 开发人员大会上，演示泰克业内领先的高带宽实时 泰克ＴＤＳＵＷＢ和ＴＤＳＵＷＢ＋ＷｉＭｅｄｉａ应用软件 示波器及验证ＵＷＢ和ＷｉＭｅｄｉａ设备使用的Ｔ 泰克提供的ＵＷＢ软件采用ＴＤＳＵＷＢ和ＴＤ－ ＳＵｗＢ应用软件。ＴＤＳＵＷＢ在泰克ＴＤＳ６０００Ｃ系 ＳＩ ＋ＷｉＭｅｄｉａ形式。ＴＤＳＵＷＢ在ＴＤＳ６０００Ｃ 列高性能实时示波器上运行，可以实时测量和分析 系列示波器中增加了宽带频谱分析功能，用来实时 认证无线ＵＳＢ信号。ＵＷＢ和ＷｉＭｅｄｉａ的迅速发 评估和调试ＵＷＢ通信和雷达。它能够分析频率随 展，使包括认证无线ＵＳＢ在内的许多应用的测量需 时间变化情况，也适用于广泛的各种电气信号。 求，超出了扫频式频谱分析仪和矢量信号分析仪的 ＴＤＳＩ ＋ＷｉＭｅｄｉａ软件提供了额外的功能，重点 功能。评估和设计ＵＷＢ无线系统要求测量仪器拥 测试ＷｉＭｅｄｉａ无线频带组。ＴＤＳＩ ＋ＷｉＭｅｄｉａ 有高带宽、良好的动态范围、快速信号的捕获、并能 软件自动识别时间频率代码（ＴＦＣ），即工作频率和 够在实时的信号上进行频谱分析。采用ＴＤＳＵＷＢ 跳频序列，为该ＴＦＣ选择正确的ＰＳＤ模板，执行 软件的泰克实时ＴＩ）Ｓ６１５４Ｃ示波器可以在国防电 ＰＳＤ模板测试，测量通道功率。 子、工业、计算机、通信和消费电子应用中，协助设计 （泰克公司供稿）
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