機(jī)械工程測(cè)試第二章

1、機(jī)械工程測(cè)試第二章第1頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.線性系統(tǒng)及其主要性質(zhì)1)定義：輸入、輸出滿足下面方程的系統(tǒng)為線性系統(tǒng)2)性質(zhì)（1）疊加性（1）第2頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四（2）比例特性（3）微分特性第3頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四（4）積分特性（5）頻率保持性設(shè)輸入為則輸出為第4頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第二節(jié)測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性1.概念：1）靜態(tài)特性：靜態(tài)測(cè)量情況下，實(shí)際系統(tǒng)與理想定常系統(tǒng)的接近程度2）理想定常系統(tǒng)：滿足下面線性方程的系統(tǒng)（2）（3）3）實(shí)際系統(tǒng)方程：第5

2、頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四靜態(tài)特性參數(shù)一.線性度 輸出輸入校準(zhǔn)曲線與理論擬合直線之間的最大偏差與系統(tǒng)滿量程輸出之比11A第6頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四二.靈敏度 輸出信號(hào)的變化量與輸入信號(hào)的變化量之比，即三.回程誤差（滯后、遲滯） 輸入量在遞增過(guò)程中的定度曲線與輸出量在遞減過(guò)程中的定度曲線的不重合程度第7頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第8頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四四.分辨力（靈敏度閾、靈敏限、鑒別力閾）測(cè)試系統(tǒng)所能檢測(cè)出來(lái)的輸入量的最小變化量，通常以最小單位輸出量所對(duì)應(yīng)的輸入量來(lái)

3、表示。 對(duì)于數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)，其分辨力就是最后位數(shù)的一個(gè)字，模擬裝置則是指示標(biāo)尺最小分度值的一半。第9頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四五.零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移 漂移是指測(cè)試系統(tǒng)在輸入不變的條件下，輸出隨時(shí)間而變化的趨勢(shì)。在規(guī)定的條件下，當(dāng)輸入不變時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸出的變化，稱為點(diǎn)漂。在測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試范圍最低值處的點(diǎn)漂，稱為零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。 產(chǎn)生漂移的原因有：儀器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，周圍環(huán)境條件的變化。第10頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第三節(jié)測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性*時(shí)域描述：響應(yīng)函數(shù)*復(fù)數(shù)域描述：傳遞函數(shù)*頻域描述：頻率響應(yīng)函數(shù)1. 動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描

4、述響應(yīng)函數(shù)X(t)Y(t)傳遞函數(shù)X(s)Y(s)頻響函數(shù)X(j）Y(j） 1)傳遞函數(shù) 零初始條件下，系統(tǒng)輸出的拉氏變換Y(s) 與輸入的拉氏變換X(s)之比,即第11頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 2)傳遞函數(shù)的特性（1）只表達(dá)系統(tǒng)的傳輸特性，與輸入x(t) 無(wú)關(guān)；（2）只反映系統(tǒng)的傳輸特性，與系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)；（3）對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)，傳遞函數(shù)分母中s的冪次總是高于分 子中s的冪次。第12頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2. 頻率響應(yīng)函數(shù)1）幅頻特性：定常系統(tǒng)在間諧信號(hào)激勵(lì)下穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅值比，即：2）相頻特性：定常系統(tǒng)在間諧信號(hào)激

5、勵(lì)下穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差，即：3）頻率響應(yīng)函數(shù)：表示輸出相對(duì)輸入的振幅比及相位差的函數(shù)1第13頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四4）頻率響應(yīng)函數(shù)的求法（1）利用傳遞函數(shù)求（2）用實(shí)驗(yàn)的方法求 ( 3)由輸入x(t)和輸出y(t)的傅里葉變換X() 和Y()求得頻率響應(yīng)函數(shù)H()=Y()/X(). 第14頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第15頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四(3)幅、相頻特性的圖像描述A、一般描述方法幅頻特性曲線相頻特性曲線第16頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四B.伯德圖第17

6、頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四C.實(shí)、虛頻圖D.奈奎斯特圖A（）第18頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3. 脈沖響應(yīng)函數(shù). 階躍響應(yīng)函數(shù). 1）脈沖響應(yīng)函數(shù)定義：系統(tǒng)在單位脈沖作用下的響應(yīng)，即4.測(cè)試環(huán)節(jié)串、并聯(lián)時(shí)傳遞函數(shù)與頻率響 應(yīng)函數(shù)的計(jì)算1)串聯(lián)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與頻率響應(yīng)函數(shù)： 2）階躍響應(yīng)函數(shù)：系統(tǒng)在單位 階躍輸入下的響應(yīng)，即g(t)1U(t)第19頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2)并聯(lián)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)：第20頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四四.一階、二階系統(tǒng)的特性1.傳遞函數(shù)

7、的分解假設(shè) bm= bm-1= b1=0則下式可簡(jiǎn)化為第21頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四根據(jù)上式分母的結(jié)構(gòu)，可將上式分解為如下兩種形式（1）（2）上式中, A是零階系統(tǒng)的傳遞函數(shù); 是一階系統(tǒng)傳遞函數(shù); 而 則是二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 由此可見, 一個(gè)復(fù)雜的高階系統(tǒng)總是可以看成是由若干個(gè)零階、 一階和二階系統(tǒng)串聯(lián)而成的。第22頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.一階系統(tǒng) 實(shí) 例1）定義、實(shí)例定義： 輸入、輸出關(guān)系可以如下一階微分方程表示的系統(tǒng) X(t)Y(t)第23頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)3

8、）一階系統(tǒng)的頻響函數(shù)及圖譜第24頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第25頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四特性總結(jié)第26頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四4）一階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)5）一階系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)（1）單位階躍信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式及傳遞函數(shù)（2）一階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)第27頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四主要特性：a.暫態(tài)響應(yīng)是指數(shù)函數(shù)；b穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是輸入的階躍值，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)在 時(shí)完成； c. t 時(shí)，y(t)=0.632，t4 時(shí)， t5 時(shí) y(t)0.982，越小，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)間越短。 d.初始上

9、升斜率為1/ .第28頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四3.二階系統(tǒng)1)二階系統(tǒng)定義、實(shí)例定義： 輸入、輸出關(guān)系可以如下二階微分方程表示的系統(tǒng)。第29頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第30頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)3）二階系統(tǒng)的頻響函數(shù)第31頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四二階系統(tǒng)幅頻特性曲線二階系統(tǒng)相頻特性曲線第32頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四4）二階系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)第33頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四二階系統(tǒng)的頻響

10、函數(shù)的特點(diǎn)（1）當(dāng) 時(shí)，當(dāng) 時(shí)， 當(dāng) 時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生共振。通常取 ；（2）在 段， 很小且與頻率近似成正比，在 段， 趨近與180在 時(shí)， ；（3）在共振區(qū)， 的影響顯著，在非共振區(qū)， 的影響較小。通常取 0.6-08第34頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四5）二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)第35頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)特點(diǎn)（1）階躍響應(yīng)曲線的形狀有三種，其形狀只取決于 時(shí)，曲線緩慢增大，逐漸趨于1，但不超過(guò)1;時(shí)，曲線做減幅振動(dòng)，逐漸趨于1; 時(shí)，介于兩者之間，不產(chǎn)生振動(dòng)， 時(shí)，產(chǎn)生持續(xù)振蕩。 （2）進(jìn)人穩(wěn)態(tài)的時(shí)間取決于系統(tǒng)

11、的固有頻率 和阻尼比 ， 越高，系統(tǒng)響應(yīng)越快; 值過(guò)大，則趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 值過(guò)小，由于產(chǎn)生振蕩之故，趨于穩(wěn)態(tài)的時(shí)間仍然很長(zhǎng)，因此，為提高響應(yīng)速度，通常選取 =0.60.8。第36頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第四節(jié) 測(cè)試裝置對(duì)任意輸人的響應(yīng) 輸出y(t)等于輸入x(t)和系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)的卷積。即第37頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第五節(jié)不失真測(cè)試條件1.不失真測(cè)試裝置的輸入、輸出關(guān)系及其波型式中 x(t)-輸入信號(hào) y(t)-輸出信號(hào) 第38頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.不失真測(cè)試裝置的幅頻特性

12、A（）：即在x(t)的頻率范圍內(nèi)幅值為一常數(shù)； 3.不失真測(cè)試裝置的相頻特性（）：即在x(t)的頻率范圍內(nèi)相頻曲線是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線。第39頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第40頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四第六節(jié)測(cè)試裝置動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試1.頻率響應(yīng)法：對(duì)系統(tǒng)輸入正弦信號(hào)號(hào) ，根據(jù)輸出信號(hào)波型確定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的方法。1）一階系統(tǒng)特性參數(shù) 的確定：（1）由幅頻特性曲線，利用下式確定（2）由相頻特性曲線，利用下式確定 第41頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）二階系統(tǒng)的固有頻率及阻尼系數(shù)的確定（1）固有頻率的確定：幅頻特性曲線峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率為系統(tǒng)固有頻率（小阻尼條件下） （2）阻尼系數(shù)的確定：由幅頻特性曲線上半功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率，用式 求；或由式 、 求。第42頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四（2）由共振頻率處幅值與零頻時(shí)的幅值比求取第43頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2.階躍響應(yīng)法：對(duì)系統(tǒng)輸入一階躍信號(hào)，由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線求系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的方法。1）一階系統(tǒng)特性參數(shù) 的確定：（1）由響應(yīng)曲線直接確定；（2）由對(duì)數(shù)直線斜率確定。0.632第44頁(yè)，共47頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期四2）二階系統(tǒng)的固有頻率及阻尼系數(shù)的確定 （1）固有頻率的確