§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

系統(tǒng)對任意輸入信號響應(yīng)系統(tǒng)對單位階躍輸入信號響應(yīng)§2.4測試裝置對任意輸入響應(yīng)10/10/1§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第1頁一、系統(tǒng)對任意輸入信號響應(yīng)10/10/2§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第2頁y(t)=X(t)*h(t)即卷積分對△τ取極限，此式表明，從時域看，系統(tǒng)輸出就是輸入與系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)卷積，是系統(tǒng)輸入—輸出關(guān)系最基本表示式。10/10/3§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第3頁

卷積積分是一個數(shù)學(xué)方法，在信號與系統(tǒng)理論研究中占有主要地位。尤其是關(guān)于信號時間域與變換域分析，它是溝通時域－頻域一個橋梁。1、卷積分基礎(chǔ)：10/10/4§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第4頁1）將信號x(t)分解為許多寬度為t窄條面積之和，t=nt時第n個窄條高度為x(nt)，在t趨近于零情況下，窄條能夠看作是強(qiáng)度等于窄條面積脈沖。tx(t)nt

x(nt)t2、卷積物理意義：10/10/5§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第5頁2）在t=nt時刻，窄條脈沖引發(fā)響應(yīng)為:

x(nt)th(t-nt)tx(nt)th(t-nt)010/10/6§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第6頁3）各脈沖引發(fā)響應(yīng)之和即為輸出y(t)ty(t)010/10/7§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第7頁案例：音響系統(tǒng)性能評定y(t)=x(t)*h(t)Y(f)=X(f)H(f)

改進(jìn)：脈沖輸入/白噪聲輸入，測量輸出，再求輸出頻譜。飛機(jī)模態(tài)分析10/10/8§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第8頁案例:鏜桿固有頻率測量10/10/9§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第9頁試驗(yàn)：懸臂梁固有頻率測量10/10/10§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第10頁案例:橋梁固頻測量原理：在橋中設(shè)置一三角形障礙物，利用汽車礙時沖擊對橋梁進(jìn)行激勵，再經(jīng)過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。10/10/11§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第11頁二、系統(tǒng)對單位階躍輸入響應(yīng)單位階躍輸入一階系統(tǒng)響應(yīng)二階系統(tǒng)響應(yīng)輸出輸入X(s)=1/sx(t)=u(t)0t<0=1t>010/10/12§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第12頁單位階躍激勵下穩(wěn)態(tài)輸出誤差理論上為零系統(tǒng)初始上升斜率為

在理論上，系統(tǒng)響應(yīng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)—無意義∴對一階裝置越小越好，達(dá)穩(wěn)態(tài)時間越短。一階系統(tǒng)：10/10/13§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第13頁二階系統(tǒng)：

在單位階躍激勵下穩(wěn)態(tài)輸出誤差也為零，但其響應(yīng)主要決定于，。↑，響應(yīng)越快；

，連續(xù)振蕩，達(dá)不到穩(wěn)態(tài)；

，雖不發(fā)生振蕩，但也需要較長時間才能到達(dá)穩(wěn)態(tài)；

響應(yīng)在偏離穩(wěn)態(tài)不到2%～5%范圍內(nèi)?！?0/10/14§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第14頁

若系統(tǒng)輸入信號為單位階躍信號，即:x(t)=u(t)，則X(s)=1/s，此時Y(s)=H(s)/sH(f)時域波形參數(shù)識別階躍響應(yīng)函數(shù)10/10/15§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第15頁階躍響應(yīng)函數(shù)測量

試驗(yàn)求階躍響應(yīng)函數(shù)簡單明了，產(chǎn)生一個階躍信號，再測量系統(tǒng)輸出就能夠了。原理：在橋中懸掛重物，然后突然剪斷繩索，產(chǎn)生階躍激勵，再經(jīng)過應(yīng)變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。案例：橋梁固有頻率測量10/10/16§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第16頁§2.5實(shí)現(xiàn)不失真測試條件設(shè)有一個測試裝置，其輸出與輸入滿足：-----------------⑴輸出和輸入波形一致，只是幅值放大了倍，

時間延遲—測試裝置實(shí)現(xiàn)了不失真測量對⑴作傅立葉變換：若

10/10/17§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第17頁則所以，測試裝置實(shí)現(xiàn)不失真測試條件：

—稱幅值失真

成線性關(guān)系—稱相位失真10/10/18§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第18頁注：滿足不失真測試條件后，裝置輸出仍滯后于輸入若測試結(jié)果用作反饋控制信號，則此滯后影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。應(yīng)使滯后↓。實(shí)際裝置極難實(shí)現(xiàn)完全理想不失真常測試—有誤差—只能將波形失真限制在一定誤差范圍內(nèi)。一階裝置：

時間常數(shù)愈小，裝置響應(yīng)愈快，近于滿足不失真測試條件通頻帶愈寬。所以時間常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)上愈小愈好。10/10/19§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第19頁二階裝置：⒈，數(shù)值較小，且靠近直線，改變不超出10%，

波形輸出失真很小。，靠近，且隨改變甚小，此時將實(shí)測電路反相，

則基本滿足不失真條件。但此時過小，輸出幅值太小。⒉，可取得較為適當(dāng)綜合特征；～～頻率范圍內(nèi)，

改變不超出5%，同時也靠近于直線，所以相位失真也很小。10/10/20§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第20頁

設(shè)測試系統(tǒng)輸出y(t)與輸入x(t)滿足關(guān)系

y(t)=A0x(t-t0)系統(tǒng)不失真測量條件

該系統(tǒng)輸出波形與輸入信號波形準(zhǔn)確地一致，只是幅值放大了A0倍，在時間上延遲了t0而已。這種情況下，認(rèn)為測試系統(tǒng)含有不失真特征。tAx(t)y(t)=A0x(t)y(t)=A0x(t-t0)時域條件10/10/21§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第21頁

y(t)=A0x(t-t0)Y(ω)=A0e-jωt0X(ω)不失真測試系統(tǒng)條件幅頻特征和相頻特征應(yīng)分別滿足

A(ω)=A0=常數(shù)φ(ω)=--t0ω做傅立葉變換

頻域定義10/10/22§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第22頁§2.6測試裝置動態(tài)特征測試§2.6.1頻率響應(yīng)法§2.6.2階躍響應(yīng)法

主要敘述對裝置本身動態(tài)特征測試方法10/10/23§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第23頁§2.6.1頻率響應(yīng)法經(jīng)過穩(wěn)態(tài)正弦激勵試驗(yàn)求其幅頻和相頻特征曲線，。對于一階裝置：主要確定其時間常數(shù)，10/10/24§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第24頁對于二階裝置：1)從相頻特征直接預(yù)計其動態(tài)特征參數(shù)，——但準(zhǔn)確測定相角較難。2)從幅頻特征曲線預(yù)計動態(tài)特征參數(shù)：對欠阻尼系統(tǒng)，峰值稍偏離處，或10/10/25§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第25頁當(dāng)甚小時，先求，再求。由

當(dāng)時，，當(dāng)甚小時靠近峰值。令，代入中：10/10/26§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第26頁在曲線上，在峰值處作水平線交曲線于a,b對應(yīng)頻率

則10/10/27§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第27頁§2.6.2階躍響應(yīng)法（在工程中慣用）

（一）由一階裝置階躍響應(yīng)求其動態(tài)特征參數(shù)

★估算：測得一階裝置階躍響應(yīng)，取輸出值到達(dá)最終穩(wěn)態(tài)值63％所經(jīng)過時間作為時間常數(shù)。★準(zhǔn)確計算：一階裝置階躍響應(yīng)表示式：(不可靠，取決于某瞬時值，有誤差)10/10/28§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第28頁所以成線性關(guān)系，作曲線，依其斜率計算(此法利用了全部測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果較可靠)10/10/29§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第29頁（二）由二階裝置階躍響應(yīng)求其動態(tài)特征參數(shù)

10/10/30§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第30頁—有阻尼固有頻率其瞬態(tài)響應(yīng)為以為園頻率作衰減振蕩，

各振蕩峰值對應(yīng)時間，

，

，，……當(dāng)

時，

為超調(diào)量10/10/31§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第31頁所以

作圖，

求阻尼比

若：測響應(yīng)較長瞬變過程，用和求阻尼比，10/10/32§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第32頁當(dāng)時，以1代替，則

10/10/33§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第33頁1、一階系統(tǒng)溫度酒精濕度§2.6.3經(jīng)典系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)10/10/34§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第34頁特征：測量滯后階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)10/10/35§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第35頁一階系統(tǒng)時間常數(shù)測量：階躍響應(yīng)0.6310/10/36§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第36頁試驗(yàn)：一階系統(tǒng)時間常數(shù)對測量影響10/10/37§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第37頁2二階系統(tǒng)稱重(應(yīng)變片)F加速度10/10/38§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第38頁特征：震蕩脈沖響應(yīng)傳遞函數(shù)§2.6.4經(jīng)典系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)10/10/39§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第39頁二階系統(tǒng)參數(shù)測量脈沖響應(yīng)/階躍響應(yīng)函數(shù)法：tbM1M2fn=1/tb10/10/40§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第40頁傳遞函數(shù)法0.70710/10/41§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第41頁阻尼系數(shù)和固頻作用10/10/42§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第42頁試驗(yàn)：二階系統(tǒng)參數(shù)對測量影響10/10/43§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第43頁§2.7負(fù)載效應(yīng)

§2.7.1定義：大多數(shù)測量元件（或儀表）總要從被測對象中吸收一些能量，它會或多或少地改變被測量數(shù)值，這種效應(yīng)稱為測試裝置負(fù)載效應(yīng)。為比較各種儀表負(fù)載效應(yīng)，在電測儀表中慣用輸入阻抗來表示：10/10/44§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第44頁——測量元件消耗功率，為使，需使儀表含有很大輸入阻抗§2.7.2辦法：1、采取輔助能源放大器，使測量元件只從被測環(huán)節(jié)上取得微小功率，再借助放大器使儀表取得所需功率，降低前一步驟功率損耗。2、利用負(fù)反饋技術(shù)組成零位測量，在到達(dá)平衡時，理論上可認(rèn)為不消耗被測介質(zhì)中能量。3、提升輸入阻抗，使放大器輸出阻抗減小。10/10/45§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第45頁V=ER2/(R2+R1)VRm

實(shí)際測量工作中，測量系統(tǒng)和被測對象會產(chǎn)生相互作用。測量裝置組成被測對象負(fù)載。彼此間存在能量交換和相互影響，以致系統(tǒng)傳遞函數(shù)不再是各組成步驟傳遞函數(shù)疊加或連乘。

ER1R2V=ER2Rm/[R1(Rm+R2)+RmR2]令R1=100K,R2=150K,Rm=150K,E=150V,得:U0=90V,U1=64.3V，誤差達(dá)28.6%。10/10/46§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第46頁案例：物料配重自動測量系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)測量

靈敏度=△y/△x非線性度=B/A×100%回程誤差=(hmax/A)×100%測量范圍：10/10/47§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第47頁§2.8測試裝置抗干擾§2.8.1測量裝置干擾源§2.8.2防供電干擾§2.8.3防信道干擾§2.8.4接地§2.8.5提升系統(tǒng)精度10/10/48§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第48頁

測量過程中，除待測量信號外，各種不可見、隨機(jī)信號可能出現(xiàn)在測量系統(tǒng)中。這些信號與有用信號疊加在一起，嚴(yán)重扭曲測量結(jié)果。測量系統(tǒng)抗干擾

測量系統(tǒng)信道干擾電磁干擾電源干擾10/10/49§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第49頁1)電磁干擾:干擾以電磁波輻射方式經(jīng)空間串入測量系統(tǒng)。2)信道干擾：信號在傳輸過程中，通道中各元件產(chǎn)生噪聲或非線性畸變所造成干擾。2)電源干擾：這是因?yàn)楣╇婋娫床▌訉y量電路引起干擾。

普通說來，良好屏蔽及正確接地可去除大部分電磁波干擾。使用交流穩(wěn)壓器、隔離穩(wěn)壓器可減小供電電源波動影響。信道干擾是測量裝置內(nèi)部干擾，能夠在設(shè)計時選取低噪聲元器件，印刷電路板設(shè)計時元件合理排放等方式來增強(qiáng)信道抗干擾性。10/10/50§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第50頁其它應(yīng)用：

肌電誘發(fā)電位儀T生理信號傳導(dǎo)速度60m/s-70m/s10/10/51§24測試裝置對任意輸入的響應(yīng)第51頁§2.8.1測量裝置干擾源

電磁場干擾——外部電磁波輻射；信道干擾——裝置