测试系统的特性分析.ppt

§5 实现不失真测试的条件 测试装置的输出y(t)和输入x(t)满足关系 认为测试装置实现了不失真测量。其中A0和t 0都是常量。 表明这个装置输出的波形和输入波形精确地一致，只是幅值放大了 A0倍和在时间上延迟了 t 0而已。 对该式作傅立叶变换 当t0时，x(t)=0、y(t)=0，有 若要求装置的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足： 上 页 目 录 A(ω)非常数则称为幅值失真，相频特性非线性称为相位失真； 要求输入波形的简单重现，则A(ω)为常数足矣；若要进行实时反馈控制，则需力求减小滞后时间。 实际测量装置不可能在非常宽广的频率范围内都满足无失真测试条件，即使在某一频率范围内工作，也难以完全理想的实现不失真测试。只能努力把波形失真限制在一定的误差范围内。 因此，首先要选择合适的测试装置。其次，应对输入信号做必要的前置处理，及时滤去非信号频带内的噪声。 上 页 目 录 信号无失真传输是指系统的输出 信号与输入信号相比，只有幅度 大小和时间先后的不同，而没有 波形的变化。 §6 测试装置动态特性的测试 对装置的静态参数测试：以经过校准的“标准”静态量作为输入，求出输出-输入曲线。根据这条曲线确定其回程误差，整理和确定其校准曲线、线性误差和灵敏度。 对装置动态特性的测试： 一、频率响应法 通过稳态正弦激励试验求得幅频和相频特性曲线。 上 页 目 录 一阶装置 通过幅频特性 或相频特性 直接确定其动态特性参数τ 。 上 页 目 录 对于欠阻尼系统（ζ1） 令 有 阻尼比ζ为 有时也可用下式求ζ： 上 页 目 录 二阶装置，动态特性参数为：固有频率 和阻尼比ζ。 参数可从相频特性曲线直接估计，但相角测量较困难。 通常通过幅频曲线估计其参数。 二、阶跃响应法 (一）由一阶装置的阶跃响应求其动态特性参数 ①测得一阶装置的阶跃响应，取该输出值达到最终稳态值的 63%所经过的时间作为时间常数τ。但测量结果的可靠性很差。 上 页 目 录 ②将一阶装置的阶跃响应表达式改写为 两边取对数，有Z= 根据测得 值作出 曲线，根据其斜率值确 定时间常数τ。 上 页 目 录 （二）由二阶装置的阶跃响应求其动态特性参数 在测得M之后，可按上式求取阻尼比ζ。 如果测得响应的较长瞬变过程，则可利用任意两个超调量 和 来求取其阻尼比 上 页 目 录 M 严格的理论分析表明，它是以 的圆频率作衰减振荡。 阻尼比?越大，超调量M就越小，振荡波形衰减越快 结 束 传递函数的特点： 1）H(s)与输入x(t)及系统的初始状态无关，它只表达了系统的传输特性。 2）H(s)只反映系统传输特性而不拘泥于系统的物理结构。即只要动态特性相似，无论是电路系统、机械系统都可用同类型的传递函数描述其动态特性。 3）传递函数以测量装置本身的参数表示出输入与输出之间的关系，所以它将包含着联系输入量与输出量所必须的单位。 4）H(s)不仅可理论计算求得而且可由试验方法求得。 5）H(s)中的分母取决于系统结构 上 页 目 录 二、频率响应函数(频率域描述) 频率响应函数是在频率域中描述和考察系统特性的。 实际工程应用中，某些系统难以建立相应的微分方程和传递函数，传递函数本身的物理解释也不明确。与传递函数相比，频率响应函数的物理概念明确，容易通过实验来建立；由频率响应函数和传递函数的关系，可方便地得到传递函数。因此频率响应函数成为实验研究测试系统的重要工具。 由频率保持性，简谐输入得到简谐输出，频率相同而幅值不同，其幅值比A＝Y0/X0是频率ω的函数记为A(ω)，定义为幅频特性；相位差也是ω的函数,记为 ，定义为相频特性。统称系统的频率特性。 上 页 目 录 （一）幅频特性、相频特性和频率响应函数 定常线性系统在简谐信号的激励下，系统的频率特性： 称为频率响应函数 幅频特性：稳态输出信号和输入信号的幅值比。记为A(ω)。 相频特性：稳态输出对输入的相位差。记为