哈工大机械工程测试技术基础大作业

1、Harbin Institute of Technology精选资料，欢送下载课程大作业说明书课程名称：院 系：班 级：设计者：学 号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学目录信号的分析与系统特性一、设计题目3二、求解信号的幅频谱和相频谱 3三、频率成分分布情况 5四、H(s) 伯德图 6五、将此信号输入给特征为传递函数为 H(s) 的系统7传感器综合运用10一、题目要求10二、方案设计10三、传感器的选择11四、总体测量方案 12五、参考文献12信号的分析与系统特性一、设计题目写出以下方波信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图(单边谱和双边 谱)和相频谱图，假设将此信号输入给特性为传递函数为

2、H(s)的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。名称H(s)、n、波形图方波1H(s)-s 1=， ，A40 nH(s)n_2s2nsn，wn =10， 5000T/Tt作业要求(1) 要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并 画图表示出来。(2) 分析其频率成分分布情况。教师可以设定信号周期T。及幅值A， 每个学生的取值不同，防止重复。(3) 利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统 H(s)的伯德图，教 师设定时间常数 或阻尼比 和固有频率n的取值。(4) 比照2、3图分析将2所分析的信号作为输入x(t)，输入给3所分析的系统H(s)，求解其输出y(t)的表达式

3、，并且讨论信号的失真情况(幅值 失真与相位失真)假设想减小失真，应如何调整系统H(s)的参数。二、求解信号的幅频谱和相频谱?(?) = ?(?+ ?0) 一， I II I?-?0 t ?o?0 2单边幅频图:+An4A(jTT)相频图:TT 2三、频率成分分布情况由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出， 矩形波是由一系列正弦波叠4A 4A 4A加而成，正弦波的频率由 w0到3w0 , 5w0 ，其幅值由 到一 , ，35依次减小，各频率成分的相位都为 0。四、H(s)伯德图阶系统H (s)厂，对应D-103PH二阶系统H (s)u1a1to*F怕船切： r&disj-=040 ns22 n

4、S10,500 ,2a3a4aSB607a - J *S8.-.S-EsodDLDtrmJ亠丁3AIDICT101D1 EcpeTc j (i-beIiII丈龙t雷浒a fl 4 S 肩世 *nM1：3f-1MluBude Oh irtiIO1leriiEn-y iiibJa)口0 3-SZ五、将此信号输入给特征为传递函数为H(s)的系统(1)一阶系统响应方波信号的傅里叶级数展开为:据线性系统的叠加原理,y(t)A(n其中x(t)4jAsinn ot n系统对0) sin nA(nx(t)的响应应该是各频率成分响应的叠加,ott(n 0)e zsin (n 0) ,n 1,3,5,.o)2;1

5、( n 0)1精选资料，欢送下载(n o)arctan( n )精选资料，欢送下载故,y(t)n1 n1( n o)2sinn ot arctan( n 0),n 1,3,5,.各个频率成分幅值失真为:1 A(n o)11.1( n )2相位失真为：(n 0)arctan( n 0)由此可看出，假设想减小失真，应减小一阶系统的时间常数一阶系统响应Simulink 仿真图(2)二阶系统响应同一阶系统响应，系统对(t)x的响应应该是各频率成分响应的叠加,y(t)n 14 aA(n 0)sin n t (n。) nednt sin( dt3),n1,3,5,.其中A(n 0)(n 0)2n(n 0)

6、2arcta n(1十)n 0d nd 23arcta n-12.1 22n 02 2各个频率成分幅值失真为:(n 0)2n2 n 0相位失真为：(n 0)arctan( )1 n 0n由此可看出，假设想减小失真，阻尼比 宜选在之间，频率成分) n，及n应取较大值。二阶系统响应Simulink 仿真图中不可无视的高频成分的频率应小于(传感器综合运用题目要求工件如下图，要求测量出工件的刚度值，在力 F的作用下球头部将向下 变形，力的大小不应超过500N,球头位移量约200微米。刚度测量结果要满足 1%的精度要求。1【J- 4*图1工件图任务要求如下：1根据被测物理量选用适合的传感器系列；例如尺寸

7、量测量传感器，电阻应变式传感器，电感式传感器，电容传感器，磁电传感器、CCD图像传感器等等。2分析所给任务的测量精度，并根据精度指标初选适合该精度的传感器系列；测量精度一般根据被测量的公差带利用的是误差不等式来确定，例如公差带到达10um时测量精度一般应到达公差带的1/5，即小于2um满足此精度的 传感器有电阻应变式传感器，电感式传感器等，但考虑精度的同时还要考虑量程 等其它方面的因素，参考第3章传感器的选用原那么一节。3选择合理的测量方法。根据被测量的特点及题目要求，综合考虑测 量方便，适合于批量测量的特点，确定合理的测量方案，并画出测量方案简图， 可以配必要的文字说明。二、方案设计因需要测

8、量工件的刚度，由工件的刚度公式：式中K为工件的刚度；F 为施加在工件上的作用力；y 为在力F作用下的位移；根据上式，测定刚度的方式有两种，一种是在恒力的作用下测定工件头部 的变形量；一种是在一定变形量的作用下测定力的大小。 考虑到后种方法，需要 控制工件的位移量一定是比拟困难的，因为按照后种方法仍需采用位移传感器去 检测工件的位移的量，因而无论从测试方法还是从测试本钱上都是不合理的。因而采用前种方法，给工件施加一定大小的力是比拟容易做到的，只需要测定该力 的作用下位移的大小即可求出工件的刚度。为了给工件施力，必须对工件定位和夹紧。设计了如图 2所示的末端支撑部件图2支撑零件为了对工件进行定位，

9、考虑到工件的对称性，设计了如图3所示的定位元件，可以确保工件的伸出的长度为一定值。图3定位零件因内孔带锥度，当左右两块该零件配合时，可以确保工件从支撑部件伸出一定长度，从而准确测量，其定位及支撑原理如图 4所示。图4定位及支撑根据题目中第3条要求，适合批量测量。待测工件放在 V型槽中，左 右两块锥形孔对合，通过推杆机构推到支撑孔中，直到工件与锥形孔配合，这样 就能够保证工件伸出的长度是一定的， 只有这样测定的刚度才是准确的。同时通 过图2所示的支撑零件，能够保证工件的尾部固定，消除了工件尾部的移动对工 件头部的位移的影响。测量时，左右两块定位元件分开，防止对工件的测量造成 影响。三、传感器的选

10、择按照题目要求2，传感器的选择应该能够满足精度的要求。因实际测量的为位移，精度要求为刚度的要求，因而需要进行转换。相对精度误差为y2 y(y)/(F/y)yyy刚度相对误差为1%根据上式，测量位移的相对误差要控制在1%因位 移约为200um因而位移传感器的误差要控制在 2um内。因位移约为200um为 使测量值约为满量程的2/3，因而选择传感器的满量程为300um综上分析，传 感器的满量程为300um传感器的相对误差控制在1%传感器的分辨率应低于 2um。因工件上不好安装传感器，因而应该根据测量头的纵向位移来判断工件 头部的变形量。因而当从刚开始接触工件开始，到加载到450N 小于500N结束，此过程中测量头的位移。根据参考文献1P81介绍，可选择电涡流位移传感器，其测量范围0-15mm 分辨率达lum因而满足上述的精度要求。综上分析，采用电涡流位移传感器。四、总体测量方案图5总体方案如图5所示，在圆柱形测量头上施加一定的恒力 450N,通过电涡流