第二章测试系统的基本特性..pptVIP

本章内容及要求 本章内容：围绕测试结果能否如实反映被测信号这一测试中最重要的问题，探讨测试装置的静态、动态特性和不失真测试条件。 本章要求：了解并掌握装置特性的描述方法与测定方法；熟悉常见的一阶和二阶装置的特性；掌握并能应用不失真测试条件 本章难点：动态特性描述方法。 第一节 概述 一、概念与术语 1．基本概念 2．有关测试和装置的术语 （1）测量、测试、计量 测量：指以确定被测对象量值为目的全部 操作。 测试：具有试验性质的测量 。 计量：指实现单位统一和量值准确可靠的 测量。 （2）测量装置的误差和准确度 （3）量程和测量范围 （5）动态范围 二、线性装置及其主要性质 第二节 静态特性 静态特性：当输入信号为一不变或缓变信号时， 输出与输入之间的关系。 一.静态特性参数的测定 二.描述测试系统的静态特性的参数 2．非线性度 3．回程误差 4.分辨力与分辨率 5.稳定度 第三节 动态特性 动态特性：当输入信号为一随时间迅速变 化的信号时，输出与输入之间 的关系。 一、时域描述——微分方程 实列 二.复频域描述——传递函数 1、拉普拉斯变换 2、拉氏变换的性质 （1）线性组合定理 若干个原函数的线性组合的象函数，等于各个原函数的象函数的线性组合 。 （2）时域位移定理 f(t)推迟t0出现则象函数应乘以一个 （3）时域卷积定理 （4）微分定理 （5）积分定理 三.频域描述——频率响应 1.频率响应的基本概念 2．频率响应的物理意义与表达方式 （2）H(jω)表达方式——作图 第四节 常见测试系统的特性 一.一阶测试系统的特性 1．动态特性分析 二、二阶系统的特性 1．动态特性的分析 三、串联与并联环节的特性 第五节 不失真测试条件 一.时域中不失真测试的条件 二.频域中不失真测试的条件 频域中不失真测试的条件（理想情况）： 频域中不失真测试的条件（实际情况）： 第六节 动态特性之间的联系 Z-t曲线 测试装置的基本特性 两边取对数： 令 Z-t曲线斜率为-1/τ 。 测试装置的基本特性 一阶系统的Z-t曲线 测试装置的基本特性 例：图为常见质量—弹簧—阻尼系统 ，分析 其动态特性。 解：根据牛顿第二定律： X(t) y(t) m k c 测试装置的基本特性 利用微分性质，对上式两边作傅氏变换可得： 测试装置的基本特性 整理后得： 其中,固有频率: 测试装置的基本特性 阻尼比: 灵敏度: S=1/k。 令S=1,上式改写为: 测试装置的基本特性 测试装置的基本特性 幅频、相频特性表达式为： 测试装置的基本特性 ω /ωn 二阶装置的幅频特性曲线 测试装置的基本特性 当ωωn，H(jω)≈1；当ωωn，H(jω)→0，此频区上几乎测不出信号。 影响二阶装置动态特性的参数有两个，即固有频率ωn与阻尼比ζ。工程上ζ取 0.6-0.7, ωn越大越好。 二阶装置动态特性的特点： 计算法 作图法 测试装置的基本特性 2．二阶系统动态特性参数的测定 （1）由频率响应测动态参数 由相频特性曲线:在ω=ωn 处, φ(ω) =-π/2 该点的斜率反映了阻尼比的大小; 测试装置的基本特性 A(ω) 二阶装置的幅频特性曲线 ω/ωn ≈1 ω /ωn ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 测试装置的基本特性 由幅频特性曲线:当ζ1，在ω≈ωn处,幅频特性曲线出现“峰” 值,即系统发生共振。由下式求得ζ。 再由式： 求得ωn 测试装置的基本特性 欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应： （2）由单位阶跃响应测动态参数 测试装置的基本特性 二阶系统的单位阶跃响应曲线 最大超调量 M 振荡峰值时间 td 测试装置的基本特性 测得最大超调量M，根据M和阻尼比ζ的关系求得ζ ： 测试装置的基本特性 测得相邻振荡峰值间隔时间td ，求得固有角频率ωn ： 测试装置的基本特性 串联环节：两个频率响应各为H1(jω)和H2(jω)串联 测试装置的基本特性 n个环节串联组成的系统，有： 测试装置的基本特性 并联环节：两个频率响应各为H1(jω)和H2(jω)并联 测试装置的基本特性 n个环节串联组成的系统，有： 幅频、相频特性： 测试装置的基本特性 小结: 1.一阶测试系统的特性 动态特性参数:时间常数τ,它决定一阶装置适用的频率范围，τ越小系统工作频带越宽。 动态特性参数的测定： 由频率响应测动态参数。