《测试技术》PPT课件.ppt
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1、1.1.系统对任意输入信号的响应系统对任意输入信号的响应2.2.系统对单位阶跃系统对单位阶跃输入信号的响应输入信号的响应2.4 2.4 测试装置对任意输入的响应测试装置对任意输入的响应2/6/20231一、系统对任意输入信号的响应一、系统对任意输入信号的响应2/6/20232y(t)=X(t)*h(t)即卷积分即卷积分对对取极限,取极限,此式表明,从时域看,系统的输出就是输入与系统的脉冲响应函此式表明,从时域看,系统的输出就是输入与系统的脉冲响应函数的卷积,是系统输入数的卷积,是系统输入输出关系的最基本表达式。输出关系的最基本表达式。2/6/20233 卷积积分是一种数学方法,在信号与系统的卷
2、积积分是一种数学方法,在信号与系统的理论研究中占有重要的地位。特别是关于信号的理论研究中占有重要的地位。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时间域与变换域分析,它是沟通时域频域的一个桥梁。个桥梁。1、卷积分基础:、卷积分基础:2/6/202341 1)将信号)将信号x(t)x(t)分解为许多宽度为分解为许多宽度为 t t 的窄条面积之和,的窄条面积之和,t=n t=n t t 时的第时的第n n个窄条的高度为个窄条的高度为x(n x(n t)t),在,在 t t 趋趋近于零的情况下,窄条可以看作是强度等于窄条面积的脉近于零的情况下,窄条可以看作是强度等于窄条面积的脉冲。冲。
3、tx(t)n tx(nt)t2 2、卷积的、卷积的物理意义:物理意义:2/6/202352 2)在)在t=nt=n t t时刻,窄条脉冲引起的响应为时刻,窄条脉冲引起的响应为:x(x(n n t)t)t h(t-t h(t-n n t)t)tx(nt)th(t-nt)02/6/202363 3)各脉冲引起的响应之和即为输出)各脉冲引起的响应之和即为输出y(t)y(t)ty(t)02/6/20237案例:案例:音响系统性能评定音响系统性能评定y(t)=x(t)*h(t)Y(f)=X(f)H(f)改进:改进:脉冲输入脉冲输入/白噪白噪声输入,测量输出,再声输入,测量输出,再求输出频谱。求输出频谱。
4、飞机模态分析飞机模态分析2/6/20238案例案例:镗杆镗杆固有频率测量固有频率测量2/6/20239实验:悬臂梁固有频率测量实验:悬臂梁固有频率测量2/6/202310案例案例:桥梁固频测量桥梁固频测量原理:在桥中设置一三角形障碍物,利用汽车碍时的冲击对桥梁原理:在桥中设置一三角形障碍物,利用汽车碍时的冲击对桥梁进行激励,再通过应变片测量桥梁动态变形,得到桥梁固有频率。进行激励,再通过应变片测量桥梁动态变形,得到桥梁固有频率。2/6/202311二、系统对单位阶跃输入的响应二、系统对单位阶跃输入的响应单位阶跃输入单位阶跃输入一阶系统响应一阶系统响应二阶系统响应二阶系统响应输出输出输入输入X(
5、s)=1/sX(s)=1/sx(t)=u(t)x(t)=u(t)0 t0 0 t0 1 t02/6/202312 单位阶跃激励下的稳态输出误差理论上为零单位阶跃激励下的稳态输出误差理论上为零系统初始上升斜率为系统初始上升斜率为在理论上在理论上,系统响应达到稳态,系统响应达到稳态无意义无意义对一阶装置对一阶装置越小越好,达稳态时间越短。越小越好,达稳态时间越短。一阶系统:一阶系统:2/6/202313二阶系统:二阶系统:在单位阶跃激励下的稳态输出误差也为零,但其响应主要决定于在单位阶跃激励下的稳态输出误差也为零,但其响应主要决定于,。,响应越快;,响应越快;,持续振荡,达不到稳态;,持续振荡,达
6、不到稳态;,虽不发生振荡,但也需要较长时间才能达到稳态;,虽不发生振荡,但也需要较长时间才能达到稳态;响应在偏离稳态不到响应在偏离稳态不到2%2%5%5%范围内。范围内。2/6/202314 若系统输入信号为单位阶跃信号,若系统输入信号为单位阶跃信号,即即:x(t)=u(t):x(t)=u(t),则则 X(s)=1/s X(s)=1/s,此时此时 Y(s)=H(s)/s Y(s)=H(s)/sH(f)时域波形参数识别时域波形参数识别阶跃响应函数阶跃响应函数2/6/202315阶跃响应函数测量阶跃响应函数测量 实验求阶跃响应函数简单明了,产生一个阶跃实验求阶跃响应函数简单明了,产生一个阶跃信号,
7、再测量系统输出就可以了。信号,再测量系统输出就可以了。原理:在桥中悬挂重物,然后突然剪断绳索,产生阶跃激励,原理:在桥中悬挂重物,然后突然剪断绳索,产生阶跃激励,再通过应变片测量桥梁动态变形,得到桥梁固有频率。再通过应变片测量桥梁动态变形,得到桥梁固有频率。案例:案例:桥梁固有频率测量桥梁固有频率测量2/6/2023162.52.5实现不失真测试的条件实现不失真测试的条件设有一个测试装置,其输出设有一个测试装置,其输出与输入与输入满足:满足:-输出和输入波形一致,只是幅值放大了输出和输入波形一致,只是幅值放大了倍,倍,时间延迟时间延迟测试装置实现了不失真测量对测试装置实现了不失真测量对作傅立叶
8、变换:作傅立叶变换:若若2/6/202317则则 所以,所以,测试装置实现不失真测试条件:测试装置实现不失真测试条件:称称幅值失真幅值失真成线性关系成线性关系称称相位失真相位失真2/6/202318注:满足不失真测试条件后,装置的输出仍滞后于输入若测试注:满足不失真测试条件后,装置的输出仍滞后于输入若测试结果用作反馈控制信号,则此滞后影响系统的稳定性。应使滞后结果用作反馈控制信号,则此滞后影响系统的稳定性。应使滞后。实际装置很难实现完全理想的不失真常测试实际装置很难实现完全理想的不失真常测试有误差有误差只只能将波形失真限制在一定误差范围内。能将波形失真限制在一定误差范围内。一阶装置:一阶装置:
9、时间常数时间常数 愈小,装置的响应愈快,近于满愈小,装置的响应愈快,近于满足不失真测试条件的通频带愈宽。所以时间常足不失真测试条件的通频带愈宽。所以时间常数数 原则上愈小愈好。原则上愈小愈好。2/6/202319二阶装置:二阶装置:,的数值较小,的数值较小,且且接近直线,接近直线,变化不超过变化不超过10%10%,波形输出失真很小。波形输出失真很小。,接近接近,且随且随变化甚小,变化甚小,此时将实测电路反相,此时将实测电路反相,则则基本满足不失真条件。基本满足不失真条件。但此时但此时过小,输出幅值太小。过小,输出幅值太小。,可获得较为合适的综合特性;,可获得较为合适的综合特性;的频率范围内,的
10、频率范围内,的变化不超过的变化不超过5%5%,同时同时也接近于直线,所以相位失真也很小。也接近于直线,所以相位失真也很小。2/6/202320 设测试系统的输出设测试系统的输出y(t)y(t)与输入与输入x(t)x(t)满足关系满足关系 y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0)系统不失真测量条件系统不失真测量条件 该系统的输该系统的输出波形与输入信出波形与输入信号的波形精确地号的波形精确地一致,只是幅值一致,只是幅值放大了放大了A A0 0倍,在倍,在时间上延迟了时间上延迟了t t0 0而已。这种情况而已。这种情况下,认为测试系下,认为测试系统具有不失真的统具有不失真的特性
11、。特性。t tA Ax(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0)时域条件时域条件2/6/202321 y(t)=A0 x(t-t0)Y()=A0e-jt0X()不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足应分别满足 A()=A0=A()=A0=常数常数 ()=-t0()=-t0做傅立叶变换做傅立叶变换 频域定义频域定义2/6/2023222.6 2.6 测试装置动态特性测试测试装置动态特性测试频率响应法频率响应法阶跃响应法阶跃响应法 主要叙述对装置本身动态特性的测试方法主要
12、叙述对装置本身动态特性的测试方法2/6/202323频率响应法频率响应法通过稳态正弦激励试验通过稳态正弦激励试验求其幅频和相频特性曲线求其幅频和相频特性曲线,。对于一阶装置:对于一阶装置:主要确定其时间常数主要确定其时间常数,2/6/202324对于二阶装置:对于二阶装置:1)1)从相频特性从相频特性直接估计其动态特性参数直接估计其动态特性参数,但准确测定相角较难。但准确测定相角较难。2)2)从幅频特性曲线估计动态特性参数:从幅频特性曲线估计动态特性参数:对对的欠阻尼系统,的欠阻尼系统,的峰值稍偏离的峰值稍偏离的的处,处,或或 2/6/202325当当甚小时,甚小时,先求先求,再求,再求。由由
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