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ch测试装置动态特性分析与性能测试.ppt
在复频域用传递函数H(s)来描述;拉氏变换 在频域用频率响应函数H(ω)描述;傅里叶变换 在时域可用微分方程、阶跃响应函数和脉冲响应函数。 其中脉冲响应函数h(t)、频域响应函数H(ω)、传递函数H(s)之间存在一一对应关系; h(t)和传递函数H(s)是一对拉普拉斯变换对;h(t)和频率响应函数H(ω) 是一对傅里叶变换对。 动态特性数学描述的几点结论: 2.3 测试系统动态特性的数学描述 1)一阶系统的频率特性 例如:弹簧-阻尼机械系统 一阶系统 弹性系数 阻尼系数 2.4 典型测试系统的动态特性分析 2.4.1 测试系统的频率特性 令S=1 幅频、相频特性表达式: 其中负号表示输出信号滞后于输入信号。 2.4 典型测试系统的动态特性分析 1)一阶系统的频率特性 2.4 典型测试系统的动态特性分析 1)一阶系统的频率特性 一阶系统的奈魁斯特图 2.4 典型测试系统的动态特性分析 1)一阶系统的频率特性 当ωτ1时,A(ω)≈1; 当ωτ1时,A(ω) →0; 在ω=1/τ处,A(ω)为0.707(-3db),相角滞后-45o; 一阶系统伯德图可用一条折线近似描述,在ω1/τ段A(ω)=1,在ω1/τ段为-20db/10倍频斜率直线; 1/τ点称转折频率。 2.4 典型测试系统的动态特性分析 1)一阶系统的频率特性 一阶系统的特点: 所以,信号频率越小,幅值误差越小。 2.4 典型测试系统的动态特性分析 一阶系统对两信号分量的幅值增益及相移分别为: 2.4 典型测试系统的动态特性分析 根据线性系统的叠加性:x(t)的稳态输出y(t)为 2.4 典型测试系统的动态特性分析 2)二阶系统的频率特性 传递函数 2.4 典型测试系统的动态特性分析 二阶系统可用微分方程式描述,典型形式如下: 频率响应函数 2)二阶系统的频率特性 二阶系统伯德图 2.4 典型测试系统的动态特性分析 2)二阶系统的频率特性 当ωωn时,A(ω)≈1;当ωωn时,A(ω)→0; 二阶系统的伯德图可用折线来近似。在ω0.5ωn段, A(ω)可用0dB水平线近似。在ω2ωn段,可用斜率为-40dB/10倍频直线来近似; 在ωωn段,φ(ω)甚小,和频率近似成正比增加。在ωωn段φ(ω)趋近于180o,即输出信号几乎和输入反相; 在ω靠近ωn区间,φ(ω)随频率变化而剧烈变化,而且阻尼比ζ越小,这种变化越剧烈。 2.4 典型测试系统的动态特性分析 2)二阶系统的频率特性 二阶系统的特点: 为准确获取被测量的量值及其变化,必须考虑测量装置基本特性。这些基本特性包括静态特性、动态特性、负载特性、抗干扰特性等。由于在实际工作中,大量被测量是动态参数,本章重点讨论动态特性的数学描述方法和典型测试系统的动态特性。 第2章 测试装置动态特性分析与性能测试 1、测试系统 测量是从客观事物去得有关信息的过程,在这过程中,借助专门的设备——测量装置(系统),使用合适的实验方法和必要的数学处理方法,才能取得研究对象的有关信息。 2.1 测试系统及其主要性质 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。 2.1 测试系统及其主要性质 输入 输出 时域: x(t) h(t) y(t) 传输特性:h(t) 复数域: X(s) H(s) Y(s) H(s) 频域: X(ω) H(ω) Y(ω) H(ω) 1、测试系统 2、理想的测试系统传输特性: 具有单值的、确定的输入-输出关系; 对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应; 知道其中一个量就可以确定另一个量; 输出和输入成线性关系最佳。 系统的特性不随时间的推移发生改变。 2.1 测试系统及其主要性质 系统输入x(t)和输出y(t)间的关系可以用常系数线性微分方程来描述,则称该系统为定常线性系统或时不变系统,表示为: 是与测试结果装置有关的系数。 常系数线性微分方程中的系数为常数,所描述的是线性时不变系统。 2.1 测试系统及其主要性质 3、线性系统及其特性 线性定常系统具有如下性质: 叠加特性: 比例特性: 微分特性: 积分特性: 频率保持特性: 1)叠加特性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和,即 线性时不变系统的各输入分量所引起的输出互不影响,即一个输入的存在并不影响另一个输入的响应。 2.1 测试系统及其主要性质 3、线性系统及其特性 2)比例特性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍,即: 3)微分特性
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