申忠如《电气测量技术》2011电工量计课件

1,5、测量系统的动态特性,5.1动态特性的含义和表示方法,（1）含义？,（2）表示方法？,（3）目的？,根据信号的频率范围及测量误差的要求选择测量系统；根据已知测量系统的动态特性,估算可测信号的频率范围与对应的动态误差.,2,5.2测量系统动态特性的描述指标,5、测量系统的动态特性,（1）时域响应用时域响应函数h(t)描述,（2）频域响应用频域响应函数H(j)描述,测量系统的动态特性可以用它对时频信号的传递特性来描述.,3,5.3不失真测量系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,（1）不失真测量系统的时域特性,或,h(t)=A0,4,（2）不失真测量系统的频域特性,5.3不失真测量系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,相频特性,幅频特性,5,5、测量系统的动态特性,（2）不失真测量系统的频域特性,5.3不失真测量系统的动态特性,6,5、测量系统的动态特性,5.3不失真测量系统的动态特性,举例不同特性的测量系统对方波的响应,7,5、测量系统的动态特性,图4.15方波信号通过不失真系统时的波形,H(j),(),T0,t,输入,输出,0,0,8,5、测量系统的动态特性,图4.15方波信号通过不失真系统时的波形,H(j),(),Td,t,输入,输出,0,0,9,5、测量系统的动态特性,图4.15方波信号通过不失真系统时的波形,t,输入,输出,H(j),上,(),0,0,10,5、测量系统的动态特性,t,输入,输出,H(j),下,图4.15方波信号通过不失真系统时的波形,(),0,0,11,5、测量系统的动态特性,5.4理想测量系统的基本性质,（1）叠加性,则，x1(t)+x2(t)y1(t)+y2(t),若，x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t),（2）比例性,若，x(t)y(t),则，ax(t)ay(t),a为任意常数,（3）微分性,若，x(t)y(t),则，,12,5、测量系统的动态特性,5.4理想测量系统的基本性质,若，x(t)y(t),（4）积分性,则，,（5）频率保持性,若，x(t)y(t)，,则，,13,5、测量系统的动态特性,5.5测量系统动态特性的研究方法,5.6典型测量系统的动态特性分析,5、测量系统的动态特性,一阶系统的动态特性,=RC（时间常数）,15,5、测量系统的动态特性,幅频特性：,相频特性：,当1/时，,趋近于1,当=1/时，,=0.707(-3dB）,当=1/时，,16,5、测量系统的动态特性,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,0.1,0.2,0.3,2.0,1.0,0.7,0.5,0.4,图4.18一阶系统的幅频特性,|H（j）|,当1/时，|H(j)|接近于1,0.707(-3dB),17,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,-80,-60,0,-20,-40,图4.19一阶系统的相频特性,当=1/时，=45,5、测量系统的动态特性,二阶系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,系统固有角频率,阻尼比,19,5、测量系统的动态特性,12,0,2,4,6,8,10,14,0.2,0,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,0t,D=0.25,D=0.50,D=0.707,D=1.0,图4.21二阶系统的阶跃响应,幅度为1的阶跃信号,u0/ui,20,5、测量系统的动态特性,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,0.01,0.1,10,1.0,图4.22二阶系统的幅频特性,/0,|H（j）|,D=1,D=0.4,D=0.1,D=0.707,D,小,21,5、测量系统的动态特性,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,-180,0,-90,图4.23二阶系统的相频特性,/0,D=0.707,D=0.707,D=0.1,小,D,22,阻尼比D直接影响系统的超调量和振荡次数，为了使系统达到稳定时间短，在设计测量装置参数时常常将阻尼比选择在0.60.8之间。,5、测量系统的动态特性,二阶系统特性的特性参数是固有角频率0和阻尼比D.,【二阶系统特性动态特性】,D不同对应不同的响应曲线。即D值大小决定了阶跃响应趋于最终值的时间长短D值过大或过小趋于最终值的时间都过长.,D值一定时，0越大，则响应速度越快，0越小，则响应速度越慢.,在=0附近，系统的幅频特性受D影响最大，当，=0时，系统发生共振，H（）=1/（2D）.,23,5、测量系统的动态特性,【实例分析】,如何分析和改善电气系统的动态特性,脉冲电源,电弧离子镀装置,24,5、测量系统的动态特性,25,5、测量系统的动态特性,电弧离子镀脉冲偏压电源与负载的仿真模型,es,L0,RP,CP,R0,Plasmaload,26,5、测量系统的动态特性,i,u,i/A,u/kV,4.0,3.0,2.0,1.0,0,0,-0.5,-1.0,负载上电压和电流波形（仿真）,t/(20s/div),仿真条件：E=680V,L1=100H,R1=0.3,RL=2k,RP=450,CP=1800pF,负载上电压和电流波形（实验）,u/(500V/div),i/(1A/div),27,5、测量系统的动态特性,12,0,2,4,6,8,10,14,0.2,0,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,0t,D=0.25,D=0.50,D=0.70,D=1.0,电弧离子镀负载回路对阶跃上升信号的响应,u2/u1,28,5、测量系统的动态特性,增加回路电感L0对脉冲波形前沿的改善效果,L0=3H,（模拟条件:U1=700V,R0=0.2,CP=2nF,RP=400）,29,增加回路电感L0对脉冲波形前沿的改善效果,（模拟条件:U1=700V,R0=0.2,CP=2nF,RP=400）,L0=100H,5、测量系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,脉冲电源与电弧离子镀负载间的匹配电路,利用L1支路的幅频特性与R1、C1支路的幅频特性恰好相反的特点，将这二个支路并联，使L1、R1、C1、R0和L0构成的“传输单元”的幅频特性与RP、CP构成的“负载单元”的幅频特性相一致，从而使u2/u1的频响特性H(j)可基本接近不失真系统频响特性，达到抑制脉冲电压的振荡和提高脉冲电压的上升速率的目的,31,5、测量系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,模拟条件:L1=50H,C1=470nF,R1=60,L0=3H,R0=0.2,CP=2nF,RP=400,107,10,102,103,104,106,105,f/Hz,-10,-5,0,-15,-20,-30,2,0,-50,-100,-150,-200,/(),1,2,1,-25,1.幅频特性曲线;2.相频特性曲线,u2/u1(dB),负载回路的频响特性曲线（有匹配电路）,33,5、测量系统的动态特性,107,10,102,103,104,106,105,f/Hz,0,10,20,-10,-20,-30,1,2,1,2,0,-50,-100,-150,-200,/(),负载回路的频响特性曲线（无匹配电路）,模拟条件:L0=3H,R0=0.2,Cp=2nF,Rp=400,1.幅频特性曲线;2.相频特性曲线,u2/u1(dB),34,5、测量系统的动态特性,1.匹配前2.匹配后,35,5、测量系统的动态特性,5.7器件性能指标对系统动态特性的影响,（1）反映器件动态特性的一些性能指标,（2）集成运放LM324和TL082的比较实验,（3）仪表的带宽BW对测量脉冲上升时间的影响,36,5、测量系统的动态特性,（2）集成运放LM324和TL082的比较实验,5、测量系统的动态特性,LM324f=500Hz,TL082f=500Hz,5、测量系统的动态特性,LM324f=50kHz,TL082f=50kHz,5、测量系统的动态特性,TL082f=500kHz,40,5、测量系统的动态特性,（3）仪表的带宽BW对测量脉冲上升时间的影响,上升时间与带宽的关系,仪表的上升时间对测量被测信号的影响,41,6、测量系统的负载特性（效应）,（1）含义？,（2）表示方法？,（3）目的？,被测对象,测量装置,能量转