測(cè)試技術(shù)第三章電子教案

第3章測(cè)試系統(tǒng)(xìtǒng)的基本特性1、概述2、測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性3、測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性4、測(cè)試系統(tǒng)不失真?zhèn)鬟f(chuándì)信號(hào)的條件5、Matlab在測(cè)試系統(tǒng)分析中的應(yīng)用第一頁(yè)，共44頁(yè)。概述(ɡàishù)

輸入和輸出能觀測(cè)，推斷(tuīduàn)系統(tǒng)的傳遞特性；輸入能觀測(cè)，系統(tǒng)的傳遞特性已知，估計(jì)輸出；輸出能觀測(cè)，系統(tǒng)的傳遞特性已知，推斷(tuīduàn)輸入。第二頁(yè)，共44頁(yè)。測(cè)試(cèshì)系統(tǒng)的靜態(tài)特性

重復(fù)性靈敏度線性度分辨率回程誤差(wùchā)穩(wěn)定度漂移靜態(tài)標(biāo)定：將已知的輸入作用(zuòyòng)于測(cè)試系統(tǒng)，得出測(cè)試系統(tǒng)的輸入和輸出的關(guān)系或靜態(tài)特性曲線。第三頁(yè)，共44頁(yè)。線性時(shí)不變系統(tǒng)(xìtǒng)的性質(zhì)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

1.什么(shénme)是線性時(shí)不變系統(tǒng)線性時(shí)不變系統(tǒng)（線性定常系統(tǒng)）：具有單一的、確定的輸入—輸出關(guān)系系統(tǒng)的特性不應(yīng)隨時(shí)間發(fā)生變化且輸入輸出之間成線性關(guān)系理想的測(cè)試系統(tǒng)第四頁(yè)，共44頁(yè)。線性時(shí)不變系統(tǒng)(xìtǒng)的性質(zhì)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.疊加特性(tèxìng)各信號(hào)單獨(dú)輸入：各信號(hào)一起輸入：第五頁(yè)，共44頁(yè)。線性時(shí)不變系統(tǒng)(xìtǒng)的性質(zhì)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.比例(bǐlì)特性x(t)輸入：ax(t)輸入：第六頁(yè)，共44頁(yè)。線性時(shí)不變系統(tǒng)(xìtǒng)的性質(zhì)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

4.微分(wēifēn)特性x(t)輸入：輸入：第七頁(yè)，共44頁(yè)。線性時(shí)不變系統(tǒng)(xìtǒng)的性質(zhì)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

5.積分(jīfēn)特性x(t)輸入：輸入：系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零

第八頁(yè)，共44頁(yè)。線性時(shí)不變系統(tǒng)(xìtǒng)的性質(zhì)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

6.頻率(pínlǜ)保持性輸入：輸出：第九頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性的描述方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

1.線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常系數(shù)(xìshù)線性微分方程第十頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性(tèxìng)的描述方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.傳遞函數(shù)在初始條件為零時(shí)(línɡshí)，即輸入和輸出以及它們的各階導(dǎo)數(shù)的初始值均為零時(shí)(línɡshí)，系統(tǒng)輸出的拉氏變換與輸入的拉氏變換之比。第十一頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性的描述(miáoshù)方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.傳遞函數(shù)分母中的s冪次n代表了系統(tǒng)的階次，也稱(chēng)為傳遞函數(shù)的階次一般的測(cè)量裝置總是穩(wěn)定的，其分母中的s冪次總是高于分子(fēnzǐ)中s的冪次，即n>m反映系統(tǒng)特性，與具體的輸入無(wú)關(guān)系數(shù)由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定第十二頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性的描述(miáoshù)方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)(穩(wěn)態(tài))幅頻特性（幅值比）:相頻特性（相位差）：

幅值的縮放能力

相位角前后移動(dòng)的能力頻率特性函數(shù)（頻率響應(yīng)函數(shù)

）：

第十三頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性(tèxìng)的描述方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)第十四頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性的描述(miáoshù)方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)幅頻特性曲線：相頻特性曲線：對(duì)數(shù)幅頻特性曲線：對(duì)數(shù)相頻特性曲線：第十五頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性的描述方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)

通過(guò)傳遞函數(shù)求：利用傅氏變換求：

通過(guò)試驗(yàn)求：

第十六頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性的描述方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)

傳遞函數(shù)與頻率響應(yīng)函數(shù)的區(qū)別傳遞函數(shù)：瞬態(tài)輸出+穩(wěn)態(tài)輸出頻率特性：穩(wěn)態(tài)輸出

傳遞函數(shù)：控制領(lǐng)域頻率特性：測(cè)試領(lǐng)域

第十七頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)特性的描述(miáoshù)方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

4.脈沖響應(yīng)函數(shù)(hánshù)

拉氏變換傅氏變換第十八頁(yè)，共44頁(yè)。動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性的描述方法動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

5.環(huán)節(jié)(huánjié)的串并聯(lián)

第十九頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

1.一階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)(shùxué)描述

靜態(tài)靈敏度

時(shí)間常數(shù)

第二十頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.一階系統(tǒng)(xìtǒng)的傳遞函數(shù)

第二十一頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.一階系統(tǒng)(xìtǒng)的傳遞函數(shù)

第二十二頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)(xìtǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.一階系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)

第二十三頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)(xìtǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.一階系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)

幅值衰減（量）:

系統(tǒng)的截止頻率:

一階系統(tǒng)的截止頻率:一階系統(tǒng)是一個(gè)低通環(huán)節(jié)

時(shí)間常數(shù)決定了一階系統(tǒng)的工作頻率范圍

第二十四頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

例3.1某一階溫度傳感器被用來(lái)測(cè)量一反應(yīng)容器中的溫度。假定溫度為頻率在1~5Hz之間的正弦信號(hào)。請(qǐng)根據(jù)時(shí)間常數(shù)，選擇一個(gè)合適的傳感器，假定可接受的穩(wěn)態(tài)誤差為求時(shí)間常數(shù)第二十五頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

4.一階系統(tǒng)(xìtǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)

第二十六頁(yè)，共44頁(yè)。一階系統(tǒng)(xìtǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

5.一階系統(tǒng)的單位(dānwèi)階躍響應(yīng)

第二十七頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

1.二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)(shùxué)描述

靜態(tài)靈敏度

無(wú)阻尼固有頻率

阻尼比

第二十八頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)(xìtǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.二階系統(tǒng)(xìtǒng)的傳遞函數(shù)

第二十九頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.二階系統(tǒng)(xìtǒng)的傳遞函數(shù)

第三十頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)(xìtǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.二階系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)

第三十一頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

3.二階系統(tǒng)(xìtǒng)的頻率特性函數(shù)

過(guò)阻尼系統(tǒng)

臨界阻尼系統(tǒng)

欠阻尼系統(tǒng)

第三十二頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)(xìtǒng)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

例3.2已知二階系統(tǒng)：求系統(tǒng)(xìtǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。已知輸入：第三十三頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

例3.2已知二階系統(tǒng)：求系統(tǒng)(xìtǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。已知輸入：如何求系統(tǒng)的瞬態(tài)輸出？第三十四頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

4.二階系統(tǒng)(xìtǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)

第三十五頁(yè)，共44頁(yè)。二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

5.二階系統(tǒng)(xìtǒng)的單位階躍響應(yīng)

趨于穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間長(zhǎng)短

響應(yīng)速度

第三十六頁(yè)，共44頁(yè)。系統(tǒng)對(duì)任意輸入(shūrù)的響應(yīng)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

響應(yīng)：求解：

復(fù)數(shù)域

頻率域

第三十七頁(yè)，共44頁(yè)。標(biāo)定(biāodìnɡ)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

1.頻率響應(yīng)(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)法實(shí)驗(yàn)方法：對(duì)測(cè)試系統(tǒng)施加某個(gè)頻率的正弦激勵(lì)，測(cè)出穩(wěn)態(tài)時(shí)相應(yīng)的正弦輸出與輸入的幅值比和相位差，便是該激勵(lì)頻率下測(cè)試裝置的頻率特性。

1）一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的確定第三十八頁(yè)，共44頁(yè)。標(biāo)定(biāodìnɡ)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

1.頻率響應(yīng)(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)法2）二階系統(tǒng)阻尼比和固有角頻率的確定2、由曲線上得出1、實(shí)驗(yàn)獲得幅頻特性曲線3、利用下面兩式計(jì)算第三十九頁(yè)，共44頁(yè)。標(biāo)定(biāodìnɡ)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.階躍響應(yīng)(xiǎngyìng)法1）一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的確定第四十頁(yè)，共44頁(yè)。標(biāo)定(biāodìnɡ)動(dòng)態(tài)(dòngtài)特性

2.階躍響應(yīng)(xiǎngyìng)法2）二階系統(tǒng)阻尼比和固有角頻率的確定第四十一頁(yè)，共44頁(yè)。不失真?zhèn)鬟f信號(hào)(xìnhào)的條件

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