第二章测试系统的基本特性选读.ppt

★实际测试装置的分析： 实际测试装置不可能在非常宽广的频率范围内满足不失真条件，一般既有幅值失真，也有相位失真。特别是在频率成份跨越ωn前、后，信号失真严重。 实际测试装置，在某一频率范围内，也难以完全理想实现不失真测试，只能将波形失真限制在一定误差范围。为此，首先选用合适的测量装置，在测量频率范围内，其幅频、相频特性接近不失真条件；其次，对输入信号作必要的前置处理，滤去非信号频带内的噪声。 装置选择时，分析并权衡幅值失真、相位失真对测试的影响。 ★一阶系统不失真条件分析： ★二阶系统不失真条件分析: 2.7 测量系统动态特性的测试 2.7.1 阶跃响应法 测量系统的动态标定主要是研究系统的动态响应，与动态响应有关的参数，一阶测量系统只有一个时间系数 ，二阶测量系统则有固有频率 和阻尼比 两个参数。 阶跃响应法是以阶跃信号作为测试系统的输入，通过对系统输出响应的测试，从中计算出系统的动态特性参数。这种方法实质上是一种瞬态响应法。即通过对输出响应的过渡过程来标定系统的动态特性。 1、一阶系统 对于一阶测量系统，测得阶跃响应后，取输出值达到最终值63.2%所经过的时间作为时间常数 。 2.7.1 阶跃响应法 ★存在的问题： 没有涉及响应的全过程，测量结果的可靠性仅仅取决某些个别的瞬时值，尤其是零点不好确定，其次是动态测量中存在随机噪声的影响，必然影响到读数误差。 改写成： 两边取对数，有 。 上式表明： ln[1-y(t)与时间t成线性关系，根据测得y(t)值作出ln[1-y(t)]与时间t的关系曲线，根据其斜率可求出时间常数τ。 ★改进方法： 一阶测量系统的阶跃响应函数为 2、二阶系统 图2.27 欠阻尼二阶系统的阶跃响应 典型的欠阻尼(ζ 1)二阶测量系统的阶跃响应函数表明，其瞬态响应是以 的圆频率作衰减振荡的，此圆频率称为有阻尼圆频率，并记为ωd 。 按照求极值的通用方法，可求得各振荡峰值所对应的时间tp=0、π/ωd 、2π/ ωd 、…，将t=π/ωd代入单位阶跃响应式，可求得最大过调量M(图2-27)和阻尼比ζ之间的关系为 或 从输出曲线上测得M后，便可按上式求出阻尼比ζ。 方法一： 图2-28 欠阻尼二阶系统的M—ζ 关系曲线 方法二： 如果测得阶跃响应有较长瞬变过程，还可利用任意两个过调量Mi 和Mi+n 求得阻尼比ζ ，其中n为两峰值相隔的周期（整数）。设Mi 峰值对应的时间为ti，则峰值Mi+n 对应的时间为 将ti和ti +n代入阶跃响应函数，有 整理得 其中 求出ζ，并测得振荡周期Td后，可按下式求出固有频率 2.7.2 频率响应法 频率响应法是以一组频率可调的标准正弦信号作为系统的输入，通过对系统输出幅值和相位的测试，获得系统的动态特性参数。这种方法实质上是一种稳态响应法，即通过输出的稳态响应来标定系统的动态特性。 1、一阶系统 通过幅频特性和相频特性直接求取时间常数τ。 对于二阶系统，通常通过幅、相频特性曲线估计其固有频率?n和阻尼比?。 1）在φ(ω) – ω相频特性曲线上，当ω=ωn时，φ(ωn)=-90o，由此可求出固有频率ωn。 2）φ’(ω)=-1/ξ，所以，作出曲线φ(ω) – ω在ω=ωn处的切线，即可求出阻尼比ξ。 * 当ζ很小时， 在幅频特性曲线峰值的 处作一水平线，其与幅频特性曲线的交点a、b分别对应频率?1、? 2, 则阻尼比估计为： x 0 A(?) ?1 ?n ?2 a b 1 2z 条件：这种方法仅适用于阻尼很小的情况。 ? 1 =(1-z)?n ? 2 =(1+ z)?n 较为精确的求解方法 1）求出A(ω)的最大值及其对应的频率ωr； 求出阻尼比ξ ； 2）由式 3）根据 ，求出固有频率ωn。 由于这种方法中A(ωr)和ωr的测量可以达到一定的精度，所以由此求解出的固有频率ωn和阻尼比ξ具有较高的精度。 欠阻尼系统（?1) 2.8 测试系统抗干扰性与负载效应 2.8.1 测试系统的抗干扰性 测量过程中，除待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。 测量系统 信 道 干 扰 电 磁 干 扰 电 源 干 扰 一、测试系统的干扰源 x(t) y(t) 1)电磁干扰：干扰以电磁波辐射方式经空间串入测 量系统。 2)信道干扰：信号在传输过程中，通道中各元件产 生的噪声或非线性畸变所造成的干扰。 3)电源干扰：