測試系統(tǒng)的靜、動態(tài)誤差分析與補償

1、測試系統(tǒng)靜、動態(tài)誤差的分測試系統(tǒng)靜、動態(tài)誤差的分析與補償析與補償4.1 測試系統(tǒng)靜態(tài)誤差的分析與補償測試系統(tǒng)靜態(tài)誤差的分析與補償 4.1.1 概述概述 4.1.2 靜態(tài)誤差分析與補償?shù)幕驹盱o態(tài)誤差分析與補償?shù)幕驹?4.1.3 開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償 4.1.4 閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償 4.1.5 提高測試系統(tǒng)靜態(tài)性能的途徑提高測試系統(tǒng)靜態(tài)性能的途徑4.1.1 概述概述n靜態(tài)測量和動態(tài)測量n靜態(tài)測量誤差n靜態(tài)測量誤差分析的方法 測量過程的角度入手 原理誤差？不完善、近似、環(huán)境波動等 工具誤差？裝置自身誤差 系統(tǒng)分析的角度

2、入手 分析誤差傳遞規(guī)律 提出改善性能措施4.1.2 靜態(tài)誤差分析與補償?shù)幕驹盱o態(tài)誤差分析與補償?shù)幕驹韓1、原理誤差及其補償原理 n2、工具誤差及其補償原理 n3、環(huán)節(jié)靜態(tài)誤差的分析及其表達式 1、原理誤差及其補償原理、原理誤差及其補償原理n系統(tǒng)特性方程中參數(shù)理論值與實際值不符系統(tǒng)特性方程中參數(shù)理論值與實際值不符n n系統(tǒng)特性方程采用近似方程式系統(tǒng)特性方程采用近似方程式n 理論：理論：y0= f0(x); 近似：近似：y= f(x); y= y- y0n測量方法自身的不完善測量方法自身的不完善 n原理誤差的補償原理原理誤差的補償原理 iniixxfy11）系統(tǒng)特性方程中參數(shù)理論值與實際值

3、不符系統(tǒng)特性方程中參數(shù)理論值與實際值不符問題如何產(chǎn)生？2）系統(tǒng)特性方程采用近似方程式）系統(tǒng)特性方程采用近似方程式理想化情況？理想化情況？ 線性線性實際情況？實際情況？ 階梯階梯問題？問題？3）測量方法自身的不完善）測量方法自身的不完善影響情況分析？影響情況分析？根據(jù)情況盡可能選擇誤差小的。4）原理誤差的補償原理）原理誤差的補償原理n對于參數(shù)變化產(chǎn)生的原理誤差，對各參數(shù)實測，然后將實測結(jié)果送入測試系統(tǒng)中進行處理。 n對于特性方程采用近似方程式帶來的原理誤差，必須探究近似方程式的起因。n對于測量方法自身的不完善，則必須尋求改善測量方法的根本性解決方案。 工作過程？解決程度？原理上？實際上？原理誤差

4、補償屬于系統(tǒng)誤差，從產(chǎn)生原因入手尋求消除或減小的最佳途徑。能否完全消除？2、工具誤差及其補償原理、工具誤差及其補償原理n量具誤差n儀器誤差n附件誤差：如轉(zhuǎn)換開關(guān)、導線、夾具等，一般相對影響較小，大部分屬于系差。n工具誤差的補償原理1）量具誤差）量具誤差n概念：以固定形式復現(xiàn)量值的測量器具n分類：標準量具、通用量具n量具誤差分析的重要性n游標卡尺會因沒有遵守阿貝原則而產(chǎn)生誤差2）儀器誤差）儀器誤差客觀存在的3）工具誤差的補償原理）工具誤差的補償原理n無論量具誤差、儀器誤差還是附件誤差，了解工具誤差產(chǎn)生的原因是進行誤差補償?shù)那疤釛l件。 n對于方法或原理誤差：限制測量范圍，進行后續(xù)誤差補償；n對于加

5、工或安裝過程中的誤差：嚴格控制加工條件、進行誤差補償；n對于環(huán)境因素引起的誤差：控制被測量所處環(huán)境變化、采集環(huán)境參數(shù)進行后續(xù)誤差補償。n總之：至關(guān)重要，多屬于系差，具有可補償性。3、環(huán)節(jié)靜態(tài)誤差的分析及其表達式、環(huán)節(jié)靜態(tài)誤差的分析及其表達式n出發(fā)點：通過對各環(huán)節(jié)誤差分析處理，獲得整體的誤差分析結(jié)果。n環(huán)節(jié)的構(gòu)成n干擾來源：輸入端、輸出端、環(huán)節(jié)內(nèi)部干擾因素？影響如何？三種干擾3、環(huán)節(jié)靜態(tài)誤差的分析及其表達式、環(huán)節(jié)靜態(tài)誤差的分析及其表達式n微分環(huán)節(jié) 有隨時間變化的干擾如何處理？加干擾的微分項n積分環(huán)節(jié) 公式的應(yīng)用條件？n非線性關(guān)系情況 y在各點不同。4.1.3 開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償開環(huán)系統(tǒng)

6、的靜態(tài)誤差分析與補償n開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法 多數(shù)開環(huán)系統(tǒng)都可看成幾個環(huán)節(jié)的串聯(lián)多數(shù)開環(huán)系統(tǒng)都可看成幾個環(huán)節(jié)的串聯(lián)n開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法 1、開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法、開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法條件？ 忽略二階小量原因？合并為一個等效環(huán)節(jié)結(jié)論：處理規(guī)則問題？計算復雜輸入量及干擾誤差傳遞系數(shù)規(guī)則輸入量及干擾誤差傳遞系數(shù)規(guī)則 n系統(tǒng)對輸入量及各干擾信號的誤差傳遞系數(shù)等于信號從作用點起，至輸出端的所有傳遞系數(shù)之連乘積，遇有并聯(lián)回路，乘上并聯(lián)回路各支路的傳遞系數(shù)之和。或者說，輸入量及各干擾所引起的輸出量等于輸入量及干擾乘上從起作用點起，至

7、輸出端的所有傳遞系數(shù)之連乘積，遇有并聯(lián)回路時，必須乘上并聯(lián)回路各支路的傳遞系數(shù)之和，系統(tǒng)的總輸出等于作用在該系統(tǒng)中的所有輸入量系統(tǒng)的總輸出等于作用在該系統(tǒng)中的所有輸入量及干擾所引起的輸出量之代數(shù)和及干擾所引起的輸出量之代數(shù)和。 分析實例分析實例1 分析實例分析實例2：由加速度得到位置：由加速度得到位置 加速度位移第2積分環(huán)節(jié)到輸出端的第1積分環(huán)節(jié)到輸出端的作用在第1積分環(huán)節(jié)前和輸入端的干擾產(chǎn)生的影響開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法n誤差補償?shù)膶嵸|(zhì) 在靜態(tài)方程式中適時添加與干擾信號反方向的信號分量，從而達到抵消干擾信號的作用。 n舉例說明 若第i環(huán)節(jié)傳遞系數(shù)有ki變化，則對系

8、統(tǒng)總的傳遞系數(shù)的影響是在總傳遞系數(shù)應(yīng)乘上（1+ki/ki） 如何消除？ 并聯(lián)環(huán)節(jié)？加一個反向變化的ki/ki 串聯(lián)環(huán)節(jié)？并一個負ki/ki的環(huán)節(jié)n補償原則：具體補償實例補償實例1n同一位置補償？以y2和3互補n不同位置補償？以yc=- y2/k補y2 基本要求？對一個干擾的完全補償，系統(tǒng)對其必須有兩個通道。積分環(huán)節(jié)？分段補償補償實例補償實例2n帶有積分環(huán)節(jié)的基本思想:分段補償，分擔點為積分環(huán)節(jié)前后；積分環(huán)節(jié)前的干擾不能再該環(huán)節(jié)之后補；若積分環(huán)節(jié)后有一個比例于時間的誤差，可在環(huán)節(jié)前加常值補償。小結(jié)n誤差分析方法n系數(shù)傳遞規(guī)則n誤差補償方法 基本原則？ 補償特點？ 積分環(huán)節(jié)？n誤差分析和補償?shù)那疤?/p>

9、條件 傳遞系數(shù)的確認？2、閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償、閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析與補償 閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法 閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法 1）閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法）閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差分析方法 n單環(huán)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)n多環(huán)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)n積分環(huán)節(jié)的分析處理1）單環(huán)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)n當k0=k3=1，且k1k21時，y3x/k2或y0k2y1n關(guān)系的物理意義：當k1k21時，比較環(huán)節(jié)輸出的誤差信號很小，忽略其影響后y0=k2y1，這是單環(huán)反饋系統(tǒng)的基本特征。n有干擾存在時：n正反饋時？ 線性關(guān)系關(guān)鍵問題干擾項的分析計算n當閉環(huán)系統(tǒng)為負反饋時，分母為閉環(huán)部分傳遞系數(shù)之積加1，正反饋時則是1減去

10、閉環(huán)部分傳遞系數(shù)之積；系統(tǒng)對各干擾之傳遞系數(shù)的分子等于從干擾作用點起沿方框圖所示箭頭方向至輸出端所有環(huán)節(jié)傳遞系數(shù)之積，對負(正)反饋系統(tǒng)來說，所有作用在反饋回路的干擾之傳遞系數(shù)系數(shù)均帶負(正)號。 2）多環(huán)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)）多環(huán)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)基本原則：采用逐步簡化的方法將系統(tǒng)簡化成單環(huán)反饋系統(tǒng)，然后就可按照單環(huán)反饋系統(tǒng)中所講方法進行誤差分析。 積分環(huán)節(jié)的分析處理閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的補償方法 n閉環(huán)的誤差補償與開環(huán)的有不同特點。n補償原則 負反饋系統(tǒng)的誤差補償：由于作用在反饋回路中的干擾的傳遞系數(shù)均帶負號，因此作用在反饋回路的干擾與正饋回路的干擾符號相同也能補償。 正反饋系

11、統(tǒng)的誤差補償：作用在反饋回路的干擾的傳遞系數(shù)仍為正號，因此補償原則與開環(huán)串聯(lián)系統(tǒng)相同，需正、負相補。n補償實例 以電位差計式航空排氣溫度表為例電位差計式航空排氣溫度表電位差計式航空排氣溫度表*基本工作原理？系統(tǒng)框圖n原理性介紹系統(tǒng)框圖簡化系統(tǒng)框圖簡化補償思想補償思想簡單工作過程的總結(jié)提高測試系統(tǒng)靜態(tài)性能的途徑提高測試系統(tǒng)靜態(tài)性能的途徑n測試原理方案及系統(tǒng)組成器件的改善 測量原理方案選取最為重要，方案不當將直接導致系統(tǒng)性能下降。選好測量方案后，組成系統(tǒng)的器件選擇也非常關(guān)鍵，主要是器件的累計誤差影響大。另外可考慮合適的補償環(huán)節(jié)消除影響。 補償環(huán)節(jié)補償效果的衡量n 誤差補償?shù)囊雽ρa償方法的引入開環(huán)

12、和閉環(huán)系統(tǒng)有補貼實現(xiàn)方式，應(yīng)按需選取。難以建立系統(tǒng)的數(shù)學模型時，更多考慮對測試系統(tǒng)測量結(jié)果的誤差分布規(guī)律進行分析處理。微處理器的快速發(fā)展使得補償可以集成到軟件中。 誤差補償方案實現(xiàn)的難易程度誤差補償實例：誤差補償實例：火電廠鍋爐污水流量測試系統(tǒng)火電廠鍋爐污水流量測試系統(tǒng) 難點難點: 污水實際為氣液兩相流，波動大污水實際為氣液兩相流，波動大誤差補償前測量結(jié)果n發(fā)現(xiàn)規(guī)律： 線性關(guān)系良好重復性測量結(jié)果誤差補償后測量結(jié)果火電廠發(fā)電示意圖火電廠發(fā)電示意圖4.2 測試系統(tǒng)動態(tài)誤差的分析與補償測試系統(tǒng)動態(tài)誤差的分析與補償 4.2.1 動態(tài)測量誤差及其評定動態(tài)測量誤差及其評定 4.2.2 開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分

13、析與補償開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析與補償 4.2.3 閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析與補償閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析與補償 4.2.4 提高測試系統(tǒng)動態(tài)性能的途徑提高測試系統(tǒng)動態(tài)性能的途徑 小結(jié)小結(jié)4.2.1 動態(tài)測量誤差及其評定動態(tài)測量誤差及其評定n動態(tài)測量的基本概念動態(tài)測量的基本概念n動態(tài)測量數(shù)據(jù)與動態(tài)測量誤差動態(tài)測量數(shù)據(jù)與動態(tài)測量誤差 n動態(tài)測量誤差與靜態(tài)測量誤差動態(tài)測量誤差與靜態(tài)測量誤差 n動態(tài)測量誤差評定的基本方法動態(tài)測量誤差評定的基本方法 1）動態(tài)測量的基本概念）動態(tài)測量的基本概念n什么是動態(tài)測量？n動態(tài)測量的特點 時空性時空性：任何運動的物體都具有 空？空間位置變化必然伴隨時間的推移或變化 時？

14、數(shù)據(jù)表現(xiàn)出時變特點； 隨機性：隨機性：隨機干擾 相關(guān)性：相關(guān)性：輸出不僅和該時刻的輸入有關(guān)，還和被測量在該時刻前的量值變化歷程有關(guān)。2）動態(tài)測量數(shù)據(jù)與動態(tài)測量誤差）動態(tài)測量數(shù)據(jù)與動態(tài)測量誤差n動態(tài)測量數(shù)據(jù)及其分類 確定性數(shù)據(jù)和隨機性數(shù)據(jù)？ 時域特點與頻域特點？確定性數(shù)據(jù)周期性數(shù)據(jù)正弦周期數(shù)據(jù)如：正弦周期數(shù)據(jù)等，單周期信號。頻域特點：離散。復雜周期數(shù)據(jù)如：周期性三角波等，多個正弦信號疊加。頻域特點：離散。非周期性數(shù)據(jù)準周期數(shù)據(jù)如：頻率為無理數(shù)的正弦信號。頻域特點：離散。瞬態(tài)數(shù)據(jù)如：阻尼振蕩系統(tǒng)的自由振動等。頻域特點：連續(xù)。隨機性數(shù)據(jù)平穩(wěn)過程各態(tài)歷經(jīng)過程特點：一個樣本函數(shù)的特點能夠代表其它樣本函數(shù)

15、的特點。非各態(tài)歷經(jīng)過程特點：一個樣本不能夠反映整個隨機過程。非平穩(wěn)過程特點：測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征量隨時間變化。2）動態(tài)測量數(shù)據(jù)與動態(tài)測量誤差）動態(tài)測量數(shù)據(jù)與動態(tài)測量誤差n動態(tài)測量誤差 定義： 特點 時變量 如何處理？在時域、頻域內(nèi)發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計特征n動態(tài)測量數(shù)據(jù)和動態(tài)測量誤差 共同點？ 不同點 3）動態(tài)測量誤差與靜態(tài)測量誤差n共同點n不同點 表現(xiàn)形式上 時空性、相關(guān)性、隨機性 誤差求取過程上 重復測量求取誤差分析結(jié)果 單次測量求取誤差分析結(jié)果 數(shù)據(jù)處理量上的差別4）動態(tài)測量誤差評定的基本方法n一個是從實際測得的動態(tài)測量數(shù)據(jù)本身出發(fā)，分離出其中的動態(tài)測量系統(tǒng)誤差、動態(tài)測量隨機誤差，再求出各評定參數(shù)，之后

16、即可針對評定參數(shù)的特點開展針對性的補償措施。 n一種是從系統(tǒng)構(gòu)成的角度著手，將系統(tǒng)分解為若干個元件的串并聯(lián)組合，以環(huán)節(jié)分析推動整個測試系統(tǒng)的誤差分析與補償。 n分析理論與工具4.2.2 開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析與補償開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析與補償n開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析方法開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析方法 n開環(huán)系統(tǒng)動態(tài)誤差的補償方法開環(huán)系統(tǒng)動態(tài)誤差的補償方法 n動態(tài)誤差補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法動態(tài)誤差補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法 1、開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析方法、開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)誤差分析方法n如何分析？ 不考慮干擾？ 考慮干擾？過渡過程的影響？干擾性質(zhì)及其誤差傳遞特點第一類和第二類動態(tài)誤差n第一類動態(tài)誤差n兩者之差即為過

17、渡過程產(chǎn)生的誤差，特點？n第二類動態(tài)誤差n干擾引起的誤差，特點？n兩類誤差的對比2、開環(huán)系統(tǒng)動態(tài)誤差的補償方法、開環(huán)系統(tǒng)動態(tài)誤差的補償方法n不同的動態(tài)誤差，采取不同的補償措施。n特點： 具體問題具體分析n要求：補償環(huán)節(jié)的時間常數(shù)和被補償環(huán)節(jié)相同。n熱電偶為例誤差補償實例誤差補償實例優(yōu)缺點的詳細對比分析3、動態(tài)誤差補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法、動態(tài)誤差補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法n低通濾波器構(gòu)建高通濾波器n低通濾波器構(gòu)建帶通濾波器n低通濾波器組建復雜傳遞函數(shù)n動態(tài)誤差補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法動態(tài)誤差補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法n上述分析均是針對第一類動態(tài)誤差n第二類動態(tài)誤差分析方法的基本原理n動態(tài)測量中做到全補償是非常困難的，有時候只要做到減小干擾對測量結(jié)果的影響就可以了。如在一些瞬態(tài)測量中，整個測量過程的時間很短，若測量過程中溫度對系統(tǒng)的影響較大，則可考慮在系統(tǒng)設(shè)計過程中設(shè)計延緩溫度對系統(tǒng)影響的環(huán)節(jié)，使得測量系統(tǒng)在實驗時間內(nèi)對溫度變化來不及反應(yīng)，從而達到減小溫度干擾對測量結(jié)果影響的目的。 提高測試系統(tǒng)動態(tài)性能的途徑提高測試系統(tǒng)動態(tài)性能的途徑n測量原理方案及系統(tǒng)組成器件上的改善 串聯(lián)測量系統(tǒng)的工作頻帶取決于最薄弱環(huán)節(jié)的頻帶，因此設(shè)計這樣的測量系統(tǒng)，一定抓住測量系統(tǒng)設(shè)計中的最薄弱環(huán)節(jié)，針對薄弱環(huán)節(jié)開展針