测试技术_3_测试系统的特性.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 测试系统在典型输入下的响应(9/9) ?1时，系统退化为两个一阶系统的串联，此时输出无振荡，但需较长时间才能到达稳态。 ?=0.6~0.8时，系统在较短时间[约(5~7)/?n]进入偏离稳态不到2% ~5%的范围内，且系统超调量小于 10%。 因此，二阶测试系统的阻尼比通常选择为?=0.6~0.8。 3.5 实现不失真测试的条件 (Condition of Non-distorted Measurement) 1. 不失真测试的条件 是指系统响应y(t)的波形和输入x(t)的波形完全相似，从而保留原信号的特征和全部信息。 信号不失真测试 0 t x(t) y(t) t0 x(t) y(t)=A0x(t) y(t)=A0x(t-t0) 波形不失真复现 实现不失真测试的条件(2/8) y(t)= A0x(t- t0) 其中，A0、t0为常数。 上式表明，若输入与输出间仅幅值不同和存在时间滞后，则表明系统实现了不失真测试。 系统初态为0时，对上式进行傅里叶变换，可得不失真测试装置的频率响应函数为 即：A(?) = A0 ， ?(?) = ?t0?。 该测试系统的输出y(t)应满足： 实现不失真测试的条件(3/8) 不失真测试条件： 幅频特性A(?)在x(t)的频谱范围内为常数； 相频特性?(?)与?成线性关系，为一经过原点的直线。 A(?), ? (?) A0 A(?) = A0 ? (?) = -t0? ? -? c ? c 0 不失真测试系统的频率特性图 （|?|?c时，A(?)=0） 实现不失真测试的条件(4/8) 结论： 不失真测试条件只适用于一般的测试目的。对于用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，因根据具体要求，尽量减少时间滞后。 实际测量中，绝对的不失真测试是不可能实现的，只能把失真的程度控制在允许范围内。 幅值失真： 相位失真： A(?)不等于常数时引起的失真 ?(?)与?间的非线性引起的失真 一般对于单频率成分的信号，只要其幅值处于系统的线性区，输出信号无所谓失真问题。 线性定常系统具有频率保持特性。 对于含有多种频率成分的信号，既存在幅值失真，也存在相位失真。 实现不失真测试的条件(5/8) 信号中不同频率成分通过测试装置后的输出。 实现不失真测试的条件(6/8) 2. 减少失真的措施 根据测试信号的频带选择合适的测试装置。 信号预处理，如消除处于测试系统共振区的噪声。 对于一阶系统，时间常数 ? 越小，响应越快，近于满足不失真测试条件的通频带越宽。 二阶系统 1） ?0.3?n段，?(?)较小，且与?近似线性；A(?)变化不超过10%，用于测试时，波形失真很小。 2）?(2.5~3)?n段，?(?)接近180?，且随?变化很小，若在实际测试电路或在数据处理中减去固定的相位差；或对测试信号反相，则相位失真很小，但此时A(?)过小，输出幅值衰减太大。 实现不失真测试的条件(7/8) 二阶系统的Bode图 0.1 1 10 -40 -30 -20 -10 0 10 20 ?=0.05 ?=0.1 ?=0.2 ?=0.3 ?=0.5 渐近线 L(?)/dB ?/?n ?=0.7 ?=1.0 -180 0 0.1 1 10 -90 ?(?)/? ?/?n ?=0.05 ?=0.1 ?=0.2 ?=0.3 ?=0.5 ?=0.7 ?=1.0 实现不失真测试的条件(8/8) 3）?=(0.3~2.5)?n段，装置频率特性受?影响很大。 当? = 0.6~0.8时，可以获得较为合适的综合特性； 当? =0.7时，在?=(0~0.58)?n的频段内，A(?)变化小于5%，而?(?)也接近直线，产生的相位失真也很小。 注意： 幅值失真与相位失真的影响应权衡考虑，如在振动测试中，有时仅关心振动的频率成分及其强度，则可以允许有相位失真。而如若需要测量特定波形的延迟时间，则需要满足相位不失真条件。甚至，在某些测试情形下，可能并不关心失真问题，如两个输入信号间相位差的测量。 原则上构成一个测试系统的每个环节都应当基本满足不失真测试条件。 3.6 测试系统静态特性和动态特性的测定 (Determine static and Dynamic Characteristics)