机械工程测试技术基础学习教案

1、会计学1机械工程测试机械工程测试(csh)技术基础技术基础第一页，共50页。第1页/共49页第二页，共50页。3)如果输入和系统特性已知，则可以(ky)推断和估计系统的输出量。(预测) 系统分析中的三类(sn li)问题：1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输(chun sh)特性。(系统辨识)2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 (反求)2.4 测试装置对任意输入的响应x(t)h(t)y(t)第2页/共49页第三页，共50页。复习(fx): 卷积分 卷积积分是一种数学方法(sh xu fn f)，在信号与系统的理论研究中占有重要的地位。

2、特别是关于信号的时间域与变换域分析，它是沟通时域频域的一个桥梁。 dthxthtx)()()()(第3页/共49页第四页，共50页。第4页/共49页第五页，共50页。 无论复杂程度如何，把测量(cling)装置作为一个系统来看待。问题简化为处理输入量x(t)、系统传输特性h(t)和输出y(t)三者之间的关系。x(t)h(t)y(t)输入量系统特性输出2.4 系统对任意输入(shr)的响应 第四章、测试(csh)系统特性 问题归结为:已知x(t),h(t)y(t)?第5页/共49页第六页，共50页。已经(y jing)知道:(t)h(t)输入量系统特性输出现在的问题(wnt)是: 输入是x(t)

3、,而非(t)y(t)=h(t)第6页/共49页第七页，共50页。1）将信号x(t)分解为许多宽度为 的窄条面积之和，t= n 时的第n个窄条的高度为x(n )，在 趋近于零的情况下，窄条可以(ky)看作是强度等于窄条面积x() 的脉冲。tx(t)n x( ) 处理(chl)方法:第7页/共49页第八页，共50页。特性(txng)：)()()()()()0()()(000tttftttftfttf（1）函数(hnsh)的采样性质)()()()()()0()()(000tttftttftfttff(0)(t)是一个(y )强度为f(0)的函数，即从函数值来看,该乘积趋于无限大，从面积(强度)来看,

4、则为f(0)乘积是强度为f(t0)的函数(t-t0)在无限区间的积分是f(t)在t=t0时刻的函数值f(t0)应用：连续信号离散采样)()()()0()()(00tftttffttf)()()()0()()(00tftttffttf由第一章知第8页/共49页第九页，共50页。tx(t)n x( ) 看成是发生在=n时刻(shk)，强度是x()的函数。写成 x() (t-)第9页/共49页第十页，共50页。h(t)h (t) (t)传输特性x()(t-)x() h(t-)依据(yj):线性系统的叠加性第10页/共49页第十一页，共50页。tx(t)n x( ) 看成(kn chn)是发生在=n时

5、刻，强度是x()的函数。写成 x() (t-)tx() t h(t- )0h(t)传 输 ( c h u n sh)特性第11页/共49页第十二页，共50页。2）在t=n时刻，窄条脉冲(michng)引起的响应为: x() h(t- ) tx() t h(t- )0第12页/共49页第十三页，共50页。3）在某一时刻t处的输出应是该时刻之前(zhqin)各脉冲引起的响应之和即为输出y(t)tthxty0)()()(ty(t)0t第13页/共49页第十四页，共50页。当0时，ttdthxthxty00)()()()()()()()()()(0thtxdthxtyt从时域看，系统的输出就是输入(s

6、hr)与系统脉冲响应函数的卷积。测试(csh)装置对任意输入的响应,就是该输入与系统脉冲响应函数的卷积。第14页/共49页第十五页，共50页。x(t)h(t)输入量系统(xtng)特性输出(shch)y(t)=x(t)h(t)X(f)H(f)Y(f)=X(f) H(f)X(f) H(f)计算系统(xtng)输出的两条途径：1）时域y(t)=x(t)h(t) 2）频域Y(f)=X(f) H(f)y(t)=F-1Y(f)频域与时域的等价性:卷积定理第15页/共49页第十六页，共50页。卷积与相关(xinggun);()()(*)();()();()(fXfHtxthfXtxfHthFTFTFT则时

7、域卷积定理卷积分的傅立叶变换(binhun)计算法：)(*)()(txthty)()()(fXfHfY)()(1fYFty第16页/共49页第十七页，共50页。x(t)h(t)输入量系统(xtng)特性输出(shch)y(t)=x(t)h(t)X(f)H(f)Y(f)=X(f) H(f)X(f) H(f)计算(j sun)系统输出的两条途径：1）时域y(t)=x(t)h(t) 2）频域Y(f)=X(f) H(f)y(t)=F-1Y(f)频域与时域的等价性:第17页/共49页第十八页，共50页。单位(dnwi)阶跃函数：第18页/共49页第十九页，共50页。理论上系统响应当t时达到稳态，稳态是输

8、出(shch)误差为零一阶装置的时间常数越小越好第19页/共49页第二十页，共50页。阻尼比直接影响超调量和振荡次数.=0时超调量最大，为100%，且持续不息,达不到稳定1，需较长时间才能达到稳定=0.60.8之间时，则系统以较短时间达到稳定。这也是很多测量装置的阻尼比取在这一区间(q jin)的理由.第20页/共49页第二十一页，共50页。 设测试系统的输出(shch)y(t)与输入x(t)满足关系 y(t)=A0 x(t-t0)2.5 系统不失真(sh zhn)测量的条件第二章、测试装置的基本(jbn)特性 该测试系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟

9、了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。第21页/共49页第二十二页，共50页。 y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-jt0X()2.4 系统不失真测量(cling)的条件不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别(fnbi)满足 A()=A0=常数 ()= t0做傅立叶变换(binhun) 第22页/共49页第二十三页，共50页。第23页/共49页第二十四页，共50页。第24页/共49页第二十五页，共50页。举例(j l)第25页/共49页第二十六页，共50页。673. 011)()()(2HA=(1-0.673)/1=32.7%第26页/共49页第二十七页，共5

10、0页。对于单一频率成分的信号，因为通常线性系统具有频率保持性，只要(zhyo)其幅值未进人非线性区，输出信号的频率也是单一的，也就无所谓失真问题。对于含有多种频率成分的，显然既引起幅值失真，又引起相位失真。第27页/共49页第二十八页，共50页。 第28页/共49页第二十九页，共50页。对实际测量装置，即使在某一频率范围内工作，也难以完全理想地实现不失真测量。人们只能努力把波形失真限制(xinzh)在一定的误差范围内。为此，首先要选用合适的测量装置，在测量频率范围内，其幅、相频率特性接近不失真测试条件。其次，对输入信号做必要的前置处理，及时滤去非信号频带内的噪声。 第29页/共49页第三十页，

11、共50页。从实现测量不失真条件和其它工作性能(xngnng)综合来看，对一阶装置而言，如果时间常数越小，则装置的响应越快，近于满足测试不失真条件的频带也越宽。所以一阶装置的时间常数，原则上越小越好。 第30页/共49页第三十一页，共50页。计算(j sun)表明：在0.60.8时，在 00. 58n的频率范围内，幅频特性 A（）的变化不超过 5，同时相频特性()也接近于直线，因而所产生的相位失真也很小。 第31页/共49页第三十二页，共50页。对测量系统的静态(jngti)参数进行测量时，一般以经过校准的“标准”静态(jngti)量作为输入，绘出输入输出曲线。然后根据曲线确定灵敏度、线性误差、

12、回程误差。对测试系统动态特性，其测量方法就要复杂得多，下面就叙述其测量方法。 第32页/共49页第三十三页，共50页。通过稳态正弦激励可以求得系统的动态特性。方法是对系统输入正弦激励信号x(x)=Asin(2ft)，在系统达到稳态后测量输出和输入的幅值比和相位差。这样可以得到频率f下系统的传输特性。从系统的最低测量频率fmin到系统的最高测量频率fmax，按一定的增量方式逐步(zhb)增加正弦激励信号频率f，记录各频率对应的幅值比和相位差，绘制在图上就可以得到系统的幅频和相频特性曲线。 第33页/共49页第三十四页，共50页。x (t)=Xi sin(it+xi)y (t)=Yi sin(it

13、+yi)H() i= min max A（i）=Yi/Xi ,(i)= yixi H (i)= A（i）ei(i) 通过(tnggu)频率扫描第34页/共49页第三十五页，共50页。 第35页/共49页第三十六页，共50页。 0.707第36页/共49页第三十七页，共50页。0.707第37页/共49页第三十八页，共50页。用阶跃响应法求测量系统的动态特性是一种(y zhn)简单易行的时域测量方法。测试时，根据系统可能存在的最大超调量来选择阶跃信号的幅值，超调量大时应选择较小的输入幅值。 第38页/共49页第三十九页，共50页。0.63第39页/共49页第四十页，共50页。第40页/共49页第

14、四十一页，共50页。第41页/共49页第四十二页，共50页。 在实际测量工作中，测量系统和被测对象之间、测量系统内部各环节相互连接会产生相互作用。接入的测量装置，构成被测对象的负载；后接环节成为前面(qin mian)环节的负载。彼此间存在能量交换和相互影响，以致系统的传递函数不再是各组成环节传递函数的叠加(并联)或连乘(串联)。 2.6 负载(fzi)效应 第二章、测试(csh)系统特性 未接入测量电路时，R2上的电压降为： 接入测量电路后，R2上的电压降为： 令R1=100K,R2=150K,Rm=150K,E=150V,得:U0=90V,U1=64.3V，误差达28.6%。若将电压表测量

15、电路负载电阻加大到Rm=1M，则U1=84.9V，误差减小为5.76%。 第42页/共49页第四十三页，共50页。第43页/共49页第四十四页，共50页。第44页/共49页第四十五页，共50页。 在测量过程中，除了待测量信号外，各种不可见的、随机的信号可能(knng)出现在测量系统中。这些信号与有用信号叠加在一起，严重扭曲测量结果。 2.7 测量(cling)系统的抗干扰 第二章、测试系统(xtng)特性 第45页/共49页第四十六页，共50页。2.7 测量(cling)系统的抗干扰 1)电磁干扰:干扰以电磁波辐射方式经空间(kngjin)串入测量系 统。2)信道干扰：信号在传输(chun sh)过程中，通道中各元件产生的 噪声或非线性畸变所造成的干扰。3)电源干扰：这是由于供电电源波动对测量电