第四章测试系统的基本特性.ppt

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3. 阶跃响应法 一阶系统: 时间常数τ是唯一表征系统动态特性的参数。 一阶系统的单位阶跃响应 当输入响应达到稳态值的63.2%时,所需要的时间就是一阶系统的时间常数。 很难做到精确的测试; 求取时间常数τ未涉及响应全过程,是个别瞬时值,这样测量结果的可靠性差。 缺点: 方法1: 输出阶跃响应函数为yu(t)=1-e-t/τ 输入一阶跃函数μ(t)? 或写成1-yu(t)= e-t/τ 取对数 -t/τ=ln[1-yu(t)]? ln[1-yu(t)]~t成线性关系? 说明 根据yu(t)值作ln[1-yu(t)]~t曲线? 斜率=?1/τ=ΔZ/Δt τ=Δt?/ΔZ 方法2: 二阶系统: 阶跃响应函数 输入一阶跃函数μ(t) 以ωd作衰减振荡的 通过求极值的方法, 极值对应的时间: 可得到最大超调量: 代入式 阻尼比 对一个典型二阶系统输入一脉冲信号,从响应的记录曲线上测得其振荡周期为4ms,第三个和 第十一个振荡的单峰幅值分别为12mm和4mm。试求该系统的固有频率 ωn 和 阻尼率ζ。 例?4.3: 4.7 组成测试系统应考虑的因素 1.技术性能指标 精度:测量系统的示值和被测量的真值相符合的程度。 精密度(precision):示值重复性( 随机误差) 准确度(accuracy):系统误差 绝对误差?=?测量结果(示值)-被测真值 相对误差?=?绝对误差/被测真值?x?100% 引用误差?= 绝对误差/满量程值?x?100% 仪器的精度等级一般用最大引用误差来标称。 是与评价测试装置产生的测量误差大小有关的指标。 ①更高一级仪器的测量值;②已修正过的算术平均值; ③计量标准器所复现的量值作为约定真值。 在实际测量中,只能用所谓的约定真值来代替真值。 示值范围为0~150V的电压表,当其示值为100.0V时,用更高一级电压表测量结果为100.4V,则该电压表: 例?4.4: 分辨力:指能引起输出量发生变化时输入量的最小变量, 表明测试装置分辨输入量微小变化的能力。 测量范围:是指测试装置能正常测量最小输入量和最大? 输入量之间的范围。? 静态测量:幅值 动态测量:幅值和频率 稳定性:是指在一定工作条件下,当输入量不变时,输 出量随时间变化的程度。 点漂 零漂 可靠性:是与测试装置无故障工作时间长短有关的一种 描述。 2.测试系统的经济指标 3.测试系统的使用环境条件  测试装置的漂移 A(?)- ?曲线称为幅频特性曲线; ?(?)- ?曲线称为相频特性曲线。 一阶系统的幅频特性曲线 一阶系统的相频特性曲线 图像描述 伯德图(Bode图) 20lgA(?)-lg?曲线为对数幅频曲线 ?(?)-lg?曲线对数相频曲线。 一阶系统的伯德图 奈魁斯特图(Nyquist图)。 作Im(?)-Re(?)曲线并注出相应频率? 实频、虚频图 H(ω)=P(ω)+jQ(ω) P(ω)——ω实频特性曲线 Q(ω)——ω虚频特性曲线。 一阶系统的奈魁斯特图 H(ω)=A(ω)ejφ(ω) 例?4.1: 某测试系统传递函数 ,当输入信号 , 分别为 , 时,试分别求系统稳态输出。 信号 信号 脉冲响应函数(权函数) 称h(t)为测试装置的脉冲响应函数或权函数。 h(t)描述了测试装置的瞬态响应过程。 若x(t)=δ(t),则: 进行拉氏逆变换: 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 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) H(ω)=A(ω)ejφ(ω) 则其幅频和相频特性应分别满足: A(ω)=A0=const φ(ω)=-t0ω 即为实现不失真测试的条件。 x(t) → x(ω) y(t) → y(ω) A(ω)=A0=const φ(ω)=-t0ω 不失真测试的幅频和相频曲线 物理意义: 1)系统对输入信号中所含各频率成分的幅值进行常数倍数放缩,也就是说,幅频特性曲线是一与横轴平行的直线。 2)输入信号中各频率成分的相角在通过该系统时作与频率成正比的滞后

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