测试系统及其基本特性ppt课件.ppt

《测试系统及其基本特性ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3.5测试系统的动态特性被测物理量随时间变化的测量称为动态测量。描述测试系统动态测量时输入与输出之间函数关系的方程、图形、参数称为测试系统的动态传递特性。时间响应和频率响应是动态测试过程中表现出的重要特征，是我们研究测试系统动态特性的主要内容。在系统的初始条件为零的前提下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，记为H(s)。1、传递函数3.5.1测试系统动态传递特性的频域描述若f(t)是t的单值函数，t<0时，f(t)=0；t>=0时，f(t)在任意区间连续或有有限个一类间断点，则f(t)的拉氏变换为：拉氏变换拉氏变换的微分定理则：当则：

2、系统的传递函数拉氏变换初始条件为零练习：分别求下图所示RC系统和不计质量的弹簧阻尼系统的传递函数。x(t)y(t)i(t)传递函数的特点传递函数表征了系统内在的固有动态特性,与输入x(t)及系统的初始状态无关。如果x(t)给定，则系统输出的特性完全由H(s)决定H(s)只反映系统传输特性，而和系统具体物理结构无关。即同一形式的传递函数可表征具有相同传输特性的不同物理系统。2、测试系统的频率响应函数定义：当某一单一频率的简谐激励作为输入作用于测试系统，系统的稳态输出y(t)与x(t)之比。根据线性系统的频率保持特性，输出信号一定有以下的函数形

3、式：选频率为自变量时，这对特定条件下的输入、输出的频域描述分别为：频率响应函数也等于稳态输出和输入的傅氏变换之比的，因此，频率响应函数也被直接定义为稳态输出和输入的傅氏变换之比。对于线性时不变系统，其传递函数为：(1)分母ω的幂的次数n确定了测试系统的阶数(2)H(ω)反映系统本身所具备的特性;(3)H(ω)反映测试系统的传输特性;(4)对于完全不同的物理系统，可能有传递特性和形式完全相同的频率响应函数，这对分类研究H(ω)的传递特性带来了方便。3、幅频特性与相频特性系统的幅频特性反映测试系统对输入信号的ω频率分量的幅值的缩放能力系统的相频

4、特性反映出测试系统对输入信号的ω频率分量的初相位的移动程度为复数，可以表示为：幅频特性与相频特性统称为系统的频率特性实频特性虚频特性幅、相频特性的图像描述频率响应的求法注意：频率响应函数是描述系统的简谐输入和相应的稳态输出的关系。因此，在测量系统频率响应函数时，应当在系统响应达到稳态阶段时才进行测量。系统频率特性适用于任何复杂的输入信号。这时，幅频、相频特性分别表征系统对输入信号中各个频率分量幅值的缩放能力和相位角前后移动的能力。4.零阶系统H(s)＝A频域响应函数：

5、H(jω)

6、=A——静态灵敏度S零阶系统特点：输出与输入成正比，如实地反

7、映输入的变化，仅用一个特性参数（静态灵敏度S）即可表征该系统的特性。5、一阶系统的传递函数及频率响应特性标准化时间常数静态灵敏度常数S=1幅频特性：相频特性：一阶系统的特点：时间常数τ一定，则A(ω)随ω的增加而减小，ψ(ω)随ω的增大而增大；输入一定（即ω一定），则τ越小，A(ω)越大，ψ(ω)越小；（3）一阶系统是一个低通环节，只有ω趋近于0时，幅频特性A(ω)才近似为1，相频特性趋近于0。信号通过系统后，各频率成分的幅值基本保持不变。在高频段，幅频特性与ω成反比，当ω趋近于无穷时，幅频特性A(ω)近似为0，信号通过系统,各频率成分的幅

8、值将有很大的衰减。所以，一阶装置只适用于测量缓变的低频信号。（4）时间常数τ决定了一阶系统适用的频率范围。当ω＝1/τ时，输出输入的幅值比A(ω)降为0.707（－3dB），此点对应着输出信号的功率衰减到输入信号半功率的频率点，被视为信号通过系统的截止点。因此，τ是反映一阶系统动态特性的重要参数。例1、用一个时间常数为0.35s的一阶装置去测量周期分别为1s和5s的正弦信号，其幅值误差分别为多少？解：同理求得：可见，当时间常数一定，其幅值误差与输入信号有关。解：对于线性系统，x(t)分解成两个信号的叠加。例2、求周期信号通过传递函数的装置后

9、得到的稳态响应？同理求得：系统的阻尼比系统的固有频率系统的灵敏度系数二阶系统分子分母同除以，则：（1）二阶系统是一个低通环节；（2）一阶系统的参数S、τ，二阶系统参数S、ωn、ζ是由系统的结构参数决定的，当测试系统制造、调试完毕后，以上参数也随之确定。它们决定了测试系统的动态传递特性。幅频特性曲线出现了一个很大的峰值。该频率成分的信号通过系统后，其输出信号将可能成倍放大，即所谓的“共振”现象。所以，例3、设某力传感器为二阶装置，已知传感器的固有频率为800Hz，阻尼比为0.14，问：使用该传感器测量频率为400Hz的正弦力时，A(ω)、ψ(

10、ω)各为多少？若将装置的阻尼比改为0.7，A(ω)、ψ(ω)将如何变化？解：当阻尼比改为0.7时，同理算得练习：一力传感器具有二阶动特性，其传递函数为己知该传感器的固有频率fn=