3测试系统的基本特性详解.ppt

* 机械电子系统中，信息处理软件被称为柔性智能零件，涉及的范围越来越广，但是基本的问题主要围绕着采集、处理、管理、分析、控制、传输等。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 机械电子系统中，信息处理软件被称为柔性智能零件，涉及的范围越来越广，但是基本的问题主要围绕着采集、处理、管理、分析、控制、传输等。 * * * * * 4.3 测量系统的分类 理想测量(不失真测量): 信号通过测试系统后，仍然保持信号原形，这种测量为理想测量。 经测试系统测量后的信号，只要能够准确地、更有效地反映原信号的运动与变化状态或保留原信号的特征和全部有用信息，则测试系统对信号的测量是不失真测量。 分类：零阶、一阶和二阶测量装置: 零阶、一阶和二阶环节是测试装置中最基本、最常见的情况，任何高阶系统都可以由零阶、一阶和二阶环节以不同方式串、并联而成。 因此，本节对这几种测量装置分别进行研究。 4、测量系统的动态特性 1) 零阶系统——理想测量系统 时域：各阶微分项系数为0 其中： 频域： 时域：输出信号无畸变地（仅放大）复现输入信号(波形相似) 频域：输出信号的频谱无畸变地复现输入信号的频谱。 零阶系统不存在动态误差：信号无畸变的传输/保持信号原形 t 4、测量系统的动态特性 是常数！ 与静态灵敏度一样。 x(t) 实际零阶系统： 1）比例放大器属于零阶系统 2）具有延时的测试系统也属于零阶系统 延时不可避免： 敏感元件滞后、测量电路延时等 零阶系统特性： 测试系统输出的波形和输入波形精确地一致，只是幅值放大了k 倍和在时间上延迟了to 理想不失真测量系统 频谱特性 t A x(t) 4、测量系统的动态特性 k -t0ω 不失真测量的频域满足什么条件？ 4、测量系统的动态特性 理想不失真测量条件的应用 作为实际测试系统的幅、相频率特性参考标准 相差越小，性能越好 作为动态误差的基准 注意： 虽然波形不失真，系统输出却滞后一定的时间。对于测量仪器，滞后不影响测量结果； 对于反馈控制中的测量，为了实现实时控制和减小因输出对输入的滞后所造成的系统不稳定，输出信号除了要求波形相似外，还要求不应有时间滞后，此时的测试系统理想的频响特性应满足： 2)一阶测量系统 基本系统是惯性环节——按一定时间规律逐渐趋近输入值 微分方程： 变换： 是时间常数、 是零阶系统的灵敏度，是常数。 4、测量系统的动态特性 实际中的一阶测量系统： (a)忽略质量的单自由度振动；(b)RC积分电路；(c)液柱式温度计；(d)光电传感器；(e)涡流传感器 一阶测量系统时域特性 一阶系统微分方程： 一阶系统的阶跃响应： 显然，时间常数越小，响应越快，动态特性越好。 测试系统 输入X（t） 输出Y（t） 4、测量系统的动态特性 一阶测量系统频域特性 对一阶系统微分方程进行傅氏变换， 取S＝1，则有 截止频率 4、测量系统的动态特性 理想系统 当: 有: 截止频率 一阶系统 幅频特点？ 可见，动态灵敏度 是由特性参数 决定的。 一阶系统有以下特点： （1）一阶系统是一个低通环节：在低频段，各频率成分的幅值基本保持不变；在高频段，幅频特性与频率成反比；因此，一阶装置只适用于测量缓变或低频信号； （2）时间常数 决定了一阶系统适用的频率范围，只有 时，幅频特性 才近似为1，当 时，输出输入的幅值比降为0.707，相角滞后450。此点对应着输出信号的功率衰减到输入信号半功率的频率点。 （3） 在所有频率范围均小于等于1。 在一阶测量系统中，为了扩大测量频率范围或者为了减小测量误差，时间常数越小越好还是越大越好？ 4、测量系统的动态特性 3) 二阶测量系统 实例：惯性式传感器（弹簧－质量-阻尼系统） 磁电式传感器 微分方程： 变换： 特征参数：阻尼比ζ、固有频率ωn 4、测量系统的动态特性 可见：固有频率与阻尼比是二阶测量系统本身的参数，是系统固有的。 二阶测量系统时域特性 二阶系统的阶跃响应： ζ=0，无阻尼系统，系统响应为等幅振荡，振荡频率为其固有频率ωn=2π/Tn ζ=0.707，临界阻尼，无振荡，且ζ0.707时呈现过阻尼，可近似按一阶系统对待 0ζ0.707，欠