汽车测试技术教学课件作者陈勇第三章.ppt

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1、第3章测试系统的基本特性3.1概述3.2测试系统的特性思考题第3章测试系统的基本特性测试系统是为完成一定的测试任务所用仪器和设备的组合，根据不同的测试目的、要求测试系统可繁可简。本章主要讨论测试系统的基本要求和组成、测试系统的静动态特性、实现不失真测试的条件以及测试系统动态特性的测定。3.1概述3.1.1对测试系统的基本要求对测试系统的要求，应当从测试对象、测试日的和测试要求出发，综合考虑精度要求、使用环境及被测物理量变化的快慢、测量范围、成本费用及自动化程度等因素。但最基本的要求是测试仪器或系统应该具有单值的、确定的输入一输出关系，其中以输出和输入呈线性关

2、系为最佳。许多实际测量装置无法在较大工作范围内满足线性要求，但可以在有效测量范围内近似满足线性测量关系的要求。在测量工作中，一般把研究对象和测量装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系，如图3一1所示.下一页返回3.1概述(1)当输入、输出能够测量时，可以通过它们推断系统的传输特性，这就是仪器或系统的标定过程.(2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断该输出的输入量，这就是测量.(3)如果输入信号和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量，这就是输出信号的预测.在静态测试中，希望系统是线

3、性的，但不是必需的，因为在静态测试中，用校正曲线或输出补偿技术作非线性校正较容易实现。在动态测试中，测试系统本身应该力求是线性的，这不仅因为日前在动态测试中作非线性校正还比较困难，而且因为日前只能对线性系统作比较完善的数学处理与分析。实际测试系统不可能在较大的工作范围内保持线性，因此，只能在一定的误差范围内和在一定的工作范围内作线性处理.上一页下一页返回3.1概述3.1.2线性系统及其主要性质若系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常系数线性微分方程来描述，则称该系统为线性定常系统，表示为式中a0,a1,...,an和b0,b1,...,bn均为常

4、数，由测试系统或功能组件的物理性质决定。上一页下一页返回3.1概述严格地说，很多物理量是时变的，因为构成物理系统的材料、元件、部件的特性并不是稳定的。例如弹性材料的弹性模量，电子元件的电阻、电容，半导体器件的特性都受温度的影响，而环境温度是随时间而缓慢变化的，它的不稳定会导致微分方程式的系数具有时变性。但在足够的精确度范围内，可以认为在工程中使用的测试系统、设备都是线性定常系统。线性定常系统有如下重要性质:1.叠加特性几个输入同时作用于系统，其输出是各个输入单独作用于系统所产生的输出的叠加。上一页下一页返回3.1概述如果叠加特性意味着作用于线性系统的各个输人

5、所产生的输出是互不影响的，因而在分析同时加在系统上的众多输人所产生的总效果时，可先分别分析单个输人的效果，然后将这些效果叠加赶来夫示总的效果。2.比例特性如果x(c)→y(c)对于任意常数k，必有kx(t)→ky(t)(3一3)上一页下一页返回3.1概述3.微分特性系统对原输入信号的导数等于原输出信号的导数.如果x(t)→y(t)则4.积分特性当系统初始条件为零时，系统对原输人信号的积分等于原输出信号的积分。如果x(t)→y(t)则上一页下一页返回3.1概述5.频率保持性若系统的输入为某一频率的简谐信号，则系统的稳态输出将为同一频率的简谐信号。如果x(t)=

6、x0ejwt则y(t)=Y0ej(wt+ф0)(3-6)设x(t)→y(t)根据比例特性有ω2x(t)→ω2y(t)根据微分特性有x"(t)→y"(t)根据叠加性有若则上一页下一页返回3.1概述相应的输出为则其唯一解为线性系统的这些主要特性，特别是叠加特性和频率保持性，在汽车动态测试工作中具有重要作用。例如，在汽车振动及噪声试验中，响应信号中只有与激励频率相同的成分才是由该激励引起的振动，而其他频率成分皆为干扰噪声，应予以剔除.上一页返回3.2测试系统的特性3.2.1测试系统的静态特性指标在静态测试中，测试系统的输入、输出信号不随时间而变化，因而定常线性系统

7、的输入一输出微分方程式(3一1)就变成也就是说，理想的定常线性系统，其输出将是输入的单调、线性比例函数。总的说来，测试系统的静态特性就是在静态测试的情况下，实际的测试系统与理想定常线性系统的接近程度的描述。静态特性的指标主要有灵敏度、非线性度和回程误差。为了评定测试系统的静态响应特性，通常采用静态测量的方法求取输入一输出关系曲线，作为该装置的标定曲线。理想线性系统的标定曲线应该是直线，但由于各种原因，实际测试系统的标定曲线(见图3-2)并非如此.下一页返回3.2测试系统的特性1.灵敏度灵敏度是用来描述测试系统对被测量变化的反应能力的指标。当测试系统的输入x有

8、一增量△x，引起输出Y发生相应的变化△Y时，则定义灵