4测试系统特性分析.ppt

华中科技大学机械学院 在对动态物理量进行测试时，测试装置的输出变化是否能真实地反映输入变化，则取决于测试装置的动态响应特性。 4.3 测试系统的动态响应特性 第四章、测试系统特性 x(t) h(t) y(t) 属于：系统分析中的三类问题1 3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(预测) 1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。 (系统辨识) 2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 (反求) a) 传递函数 拉氏变换 富氏变换 4.3 测试系统的动态响应特性 优点： 直观的反映了系统对不同频率成分输入信号的扭曲情况。 传递函数测量 实验求传递函数的原理，简单明了。依次用不同频率fi的简谐信号去激励被测系统，同时测出激励和系统的稳态输出的幅值、相位，得到幅值比Ai、相位差φi。 从系统的最低测量频率fmin到系统的最高测量频率fmax，按一定的增量方式逐步增加正弦激励信号频率f，记录下各频率对应的幅值比和相位差，绘制在图上就可以得到系统的幅频和相频特性曲线。 4.3 测试系统的动态响应特性 依据：频率保持性 　 若　　　　　　　　　　 x(t)=Acos(ωt+φx) 则　　　　　　　　　　 y(t)=Bcos(ωt+φy) 第四章、测试系统特性 优点：简单，信号发生器，双踪示波器就可以 缺点：效率低 第四章、测试系统特性 案例：音响系统性能评定 y(t)=x(t)*h(t) Y(f)=X(f)H(f) 改进：脉冲输入/白噪声输入，测量输出，再求输出频谱。 b) 脉冲响应函数 若装置的输人为单位脉冲δ(t)，因δ(t)的傅立叶变换为1，因此装置输出y(t)的傅立叶必将是H(f)，即Y(f)=H(f)，或y(t)=F-1[H(S)]，并可以记为h(t)，常称它为装置的脉冲响应函数或权函数。 4.3 测试系统的动态响应特性 时域波形参数识别 优点：直观 缺点：简单系统识别 4.3 测试系统的动态响应特性 脉冲响应函数测量 实验求脉冲响应函数简单明了，产生一个冲击信号，再测量系统输出就可以了。 案例：桥梁固有频率测量 原理：在桥中设置一三角形障碍物，利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 c) 阶跃响应函数 若系统的输入信号为单位阶跃信号，即x(t)=u(t)，则X(s)=1/s，此时Y(s)=H(s)/s，固有y(t)=L-1[H(s)/s]。 4.3 测试系统的动态响应特性 时域波形参数识别 优点：直观 缺点：简单系统识别 4.3 测试系统的动态响应特性 阶跃响应函数测量 实验求阶跃响应函数简单明了，产生一个阶跃信号，再测量系统输出就可以了。 案例：桥梁固有频率测量 原理：在桥中悬挂重物，然后突然剪断绳索，产生阶跃激励，再通过应变片测量桥梁动态变形，得到桥梁固有频率。 设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系 y(t)=A0x(t-t0) 4.4 系统不失真测量的条件 第四章、测试系统特性 该测试系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。 时域条件 y(t)=A0x(t-t0) ? Y(ω)=A0e-jωt0X(ω) 4.4 系统不失真测量的条件 不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足 A(ω)=A0=常数 φ(ω)=--t0ω 做傅立叶变换 频域定义 1 一阶系统 4.5 典型系统的动态响应 第四章、测试系统特性 传递函数 阶跃响应 温度 湿度 酒精 0.63 一阶系统主要的动态特性参数是时间常数。 2 二阶系统 称重(应变片) 加速度(压电) 对二阶系统而言，主要的动态特性参数是系统固有频率 和阻尼系数 。 4.5 典型系统的动态响应 4.5 典型系统的动态响应 传递函数 0.707 阶跃响应函数 fn=1/tb 华中科技大学机械学院