动态测试系统均匀理论的研究

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1、http://www.paper.edu.cn1动态测试系统的精度损失均匀理论的研究111，2刘芳芳，费业泰，蒋敏兰1.合肥工业大学仪器仪表学院，安徽合肥（230009）2.浙江师范大学信息学院，浙江金华（321004）摘要：在全系统精度理论模型的基础上，对动态测试系统的精度损失规律进行了分析，并依据动态误差分解与溯源的结果，建立了系统非均匀性分析的定量模型，给出各单元精度损失的不均匀性和不合理性；同时，按照系统等寿命设计原则，提出了动态系统均匀损失理论模型，用于指导系统进行均匀设计，使得系统内的各组成部分能在大致相同的时间内同时

2、失效或损坏，发挥生产资料的最大效率。这显然具有显著科学价值和实际经济意义。关键词：全系统结构误差模型；精度损失；非均匀性分析；均匀损失理论中图分类号：TH701动态测量在测试技术领域已占主导地位，应用十分广泛。但作为动态测量重要基础理论之一的动态测量精度理论还不适应动态测试技术迅速发展的形势。动态测量精度理论是动态[1]测试理论的核心问题，它的深入研究与发展对动态测试技术发展起着至关重要的作用。动态测量系统在实际应用中，在其整个寿命过程期间，由于受到外界条件的影响和内部结构的不断变化，其动态精度随时间不断损失，当该损失达到一定程度

3、时，测量系统不再满足测量精度的要求，测量系统的寿命随之终结。此时，系统内部各个组成单元由于其材料、性质、结构、性能等不同，造成各个单元之间的动态精度损失的规律也不同，可能有些单元已经完全损坏报废，而有些单元损失程度却很小，仍可以继续使用，这就形成了动态测试系[2][3]统的非均匀动态精度损失问题，造成较大的结构资源浪费和大量不必要的维修成本支出。因此，需对非均匀精度损失的动态测试系统进行动态精度的均匀损失理论设计，以使系统内部各单元精度损失大致同时达到各自的寿命临界值，实现均匀损失设计的思想。1.全系统结构的动态精度损失模型及规律

4、为获得系统中各单元的精度损失规律，应首先明确各单元动态误差与系统总误差之间的[4]关系。因此，必须建立全系统结构动态误差“白化”模型：e()t=e()()tFf+e(t)F+e(t)F+?+e(t)F+e(t)xi1122nny（1）e(t)ei(t)其中，—动态系统输出总误差，—第i个单元的误差；ex(t)ey(t)，—分别是输入端、输出端的误差信号；FF(f)i—全系统结构第i个单元的误差传递链函数，i—全系统的传递链函数。对于图1中的结构，其全系统结构动态误差“白化”模型为：e()t=e()tf(ff+f)+()e(t)f+

5、e(t)f+e(t)+e(t)(f+et)(+et)x123412233144y（2）1本课题得到国家自然科学基金（50675057）和合肥工业大学科学研究发展基金资助项目（060101F）的资助。-1-http://www.paper.edu.cnH(s)F(f1,f2,f3,f4)f2f3X(s)Y(s)f1x(t)y(t)f4ex(t)ey(t)图1混联式动态测量系统结构Fig.1theframeworkofcomplexdynamicmeasuringsystem由动态精度损失的内涵以及对系统的实验研究可知，动态系统的测量

6、精度随着应用时间的增加将逐渐降低，从而产生动态精度损失，因此可定义精度损失函数为∆e()t=e()t−e0（3）∆e()t式中——动态系统的精度损失e()t——动态系统的测量误差e0——动态系统的初始误差（即在t＝0时的动态系统测量误差）∆e(t)对于各个单项母体误差源精度损失i也同样符合上述对精度损失函数的定义。在详细分析研究几套系统和装置后，我们发现在经过早期磨合后，动态系统经入正常稳δ定运行阶段（使用寿命期），系统精度损失的速率较为缓慢，系统满足动态精度指标e的要求；而随着时间样本的继续增大，系统中某些单元进入耗损期，其单元

7、的精度损失急剧增加，它在系统总精度损失中迅速占领了主导地位，使得系统总精度损失也迅速增加，很快超δ出系统动态精度e指标，导致整个系统失效，无法工作，则系统的稳定工作寿命大致等于较先进入耗损期的单元的寿命。同时，可初步推断动态系统精度损失趋势大致符合一指数规律，并且由于随机因素的存在，使得在每一个具体时刻，动态精度损失的分布又呈一正态分t布规律，见图2所示。则系统的稳定工作寿命为1。Ft1t0t20tδe3σ3σ3σ3σ3σ∆e(t)3σ∆e(t)图2动态系统精度损失趋势Fig.2theaccuracylosstrendindyna

8、micmeasuringsystem-2-http://www.paper.edu.cn由此可得该系统的正常使用寿命取决于系统的动态精度指标要求以及首先进入耗损期的单元的精度损失规律曲线。而较前进入耗损期的单元即为系统的薄弱环节，该系统由于这个薄弱