测试技术课件3测试系统特性幻灯片.pptVIP

3 测量系统的特性 3 测量系统的特性3.1 测量系统及其主要性质3.1.1 测量系统概述 3.1.2 线性系统的主要性质(1) 线性系统 (2) 线性系统的主要性质 3.2.2 灵敏度和分辨力 3.2.3 滞后和重复性 重复性 3.2.4 其他特性(1) 精度(2) 测量范围和量程(3) 负载阻抗 3.3.1 传递函数(1) 传递函数的定义 (2) 传递函数的主要特点 (3) 一阶系统的传递函数 (4) 二阶系统的传递函数 3.3.2 脉冲响应函数(1) 脉冲响应函数的定义 (2) 测量系统对任意输入的响应 3.3.4 一阶系统和二阶系统的动态特性(1) 一阶系统的动态特性 (2) 二阶系统的动态特性 (1) 一阶系统的单位阶跃响应 (2) 二阶系统的正弦响应 (2) 不失真测试的频域条件 3.6 测量系统特性参数的测定3.6.1 静态特性参数的测定 3.6.2.2 二阶系统动态特性参数的测定(1) 阶跃响应法 (3) 共振法① 总幅值法 二阶系统的波德图 二阶系统Bode图的特点： 当?0.5?n，可用0dB线近似； 当?2?n，近似为斜率为－40dB/dec的直线； 当?=(0.5~2)?n，因共振，近似线误差较大， 在? ??n 处误差最大（大小与ζ有关）； 当? ?n ，? (?)很小，和频率近似成正比； 当? ?n ，? (?)?－180?； 当? 靠近?n ，ζ越小，? (?)的变化越剧烈。 二阶系统（0ζ1）的奈魁斯特图形取决于阻尼比ζ，与虚轴的交点分别表示固有频率下的幅值。 二阶系统（0ζ1）的奈魁斯特图 对二阶测试系统而言，为了减少频率特性不理想所引起的误差，一般取 ? ? (0.6 ~ 0.8)?n ζ= 0.65 ~ 0.7 此时，? (?)与? /?n近似成线性关系，系统响应速度较快且误差较小。 3.4 测量系统在典型输入下的响应 测量系统输入、输出和传输特性之间的关系可用下列方程描述： Y(s) = H(s)X(s) y(t)= x(t)*h(t) Y(j?) = H(?)X(?) 3.4.1 测试系统在单位阶跃输入下的响应 若输入单位阶跃信号 单位阶跃输入及其频谱 因为y(∞)=1，所以无稳态误差。 当t=5τ，y(5τ) =0.993，误差小于1%。 时间常数越小，过渡时间越短。 一阶系统的阶跃响应 式中 (2) 二阶系统的单位阶跃响应 二阶系统的单位阶跃响应 稳态输出误差为零，进入稳态的时间取决于系统的固有频率和阻尼比。 二阶系统单位阶跃响应的特点： 因为 y(?)=1，所以无稳态误差； 当0ζ1，输出为阻尼正弦振荡，幅值衰减速度取决于ζ和?n，幅值随ζ减小而加大，?n 越高，响应越快； 当ζ=0，超调量为100%，等幅振荡，达不到稳态； 当ζ≥1，为两个一阶系统的串联，输出无振荡，但需较长时间才能到达稳态； 当ζ=0.6~0.8，可以较快地（大约(5~7)/?n ）进入距稳态2%~5%的范围，且超调量小于10%。 3.4.2 测试系统在正弦输入下的响应(1) 一阶系统的正弦响应 式中 可知一阶系统的响应为： 输入信号 的拉氏变换： 正弦输入的稳态输出也是同频率的正弦信号，所不同的是在不同频率下，其幅值响应和相位滞后都不相同，它们都是输入频率的函数。 可以用不同频率的正弦信号去激励测试系统，观察其响应的幅值变化和相位滞后，从而得到系统的动态特性。这是系统动态标定常用的方法之一。 3.5 实现不失真测试的条件 (1) 不失真测试的时域条件 y(t)= A0x(t?t0) (1) 式中 A0,t0为常数。 在频域： 式(1)两边取傅里叶变换，有 波形不失真的条件 输出波形精确地与输入波形相似，幅值放大到A0倍，时间位移t0 测试装置的频率响应函数： 于是，有： A(?) = A0 ?(?) = ?t0? 即，各频率成分通过时，幅值增益为常数；滞后的相角与频率成正比。 注意： 上述不失真测试条件只适用于一般测试目的。对于反馈控制系统中的测试装置，时间滞后可能造成系统不稳定，应根据具体要求，尽量减少时间滞后。 实际测量中，不可能实现绝对不失真测试，只能把失真控制在允许范围内。 测量装置只能在一定的频率范围内满足不失真条件。通常测量装置既会产生幅值失真，也会产生