现代测试技术第4章1（肖）.ppt

建立动态数学模型的优点是：由模型计算的频率特性比较符合实际，光滑而有规则，并便于求出动态性能指标。建立测试系统动态数学模型之后一般还需要进行模型检验，模型检验的目的是检验模型计算值和动态标定实验结果是否吻合。吻合较好的模型，说明用该模型描述被标定的测试系统的动态特性是合适的。此外，通过比较，还可以检验标定过程中的测量噪声及标定精度。 4.3 动态标定信号的分析与选择 对动态激励信号的要求，主要是要激发被标定系统的全部模态频率，以得到被标定系统完整的动态响应。换句话说，动态激励信号的频谱要能充分覆盖被标定系统的全部模态频率。 图4.5 被标定系统和动态激励信号 图4.5给出被标定系统和动态激励信号的幅频特性。 例如，某测试系统的频率特性如曲线1所示。对于这个系统，若存在幅频特性如曲线3的激励，则系统能够准确、无失真地测量这种信号。若采用曲线2所示的幅频特性的信号激励，因为激励信号的频谱很宽，可将被校系统全部模态都激励起来，对被标定系统来说，相当于一个脉冲激励，该激励信号的频谱充分覆盖了被校系统的全部模态。 上述两个例子说明了选择动态标定激励信号的重要性。对几种典型的动态激励信号进行分析研究，并讨论其选择方法，是本节的主要任务。动态激励信号可分为频率域的、时间域的和随机的三种。 4.3.1 频率域动态激励信号的分析与选择 频率域的动态激励信号比较简单，一般都采用正弦信号，它的频谱是对应于各种频率的单谱线，谱线的高低取决于正弦信号的幅值。频率的变化可以由人工逐点调节也可以由仪器在给定的频率范围自动扫频。为简化数据处理，测试系统频率特性时，一般都保持激励信号的幅值不变。实验的频率范围一般都必须覆盖到系统的-3dB点，即一般都测试到系统的幅频响应小于0.707或对数幅频响应小于-3dB之后，实验中还应注意正弦激励信号的幅值应保持在测试系统的线性范围之内。 4.3.2 时间域动态激励信号的分析与选择 时间域激励信号的种类较多，下面只分析几种典型的信号。 4.3.2.1 矩形脉冲信号 矩形脉冲信号的频谱为 （4-26） 幅频为： （4-27） 相对幅频为： （4-28） 当（????）?0时， ??，当（????）??时， ?0；由此式可绘出相对幅频特性曲线。 假设被校准系统的通频带粗略估计为 ，若用矩形脉冲信号对它进行动态校准时，动态激励信号的通频带应大于或等于被校准系统的通频带，才能将被校准系统的模态充分被激励起来。 矩形脉冲的通频带 对应于 =0.707，此时（????）=0.443?，则 也就是说，当被校准系统的通频带为 时，矩形脉冲宽度，应按上式选择。为了充分保证激励信号的频带足够宽，方波脉冲宽度应为理论计算值的1/3～1/5.例如，被校准系统的通频带为A=1kHz，则激励信号矩形脉冲的宽度为88.6～132.9?s。 4.3.2.2 阶跃信号 数学上阶跃信号的上升时间为零，为了与实际上具有一定上升时间的阶跃信号相区别，将数学上定义的阶跃信号称为理想阶跃信号，后者称为带斜坡的阶跃信号。 （1）理想阶跃信号 理想阶跃信号的频谱为 （4-30） 幅频为： (4-31) 由此式可绘出幅频特性曲线。 （2）带斜坡的阶跃信号 （4-32） 其拉氏变换为： （4-33） 幅频特性为： （4-34） （3）半正弦信号 （4-35） 其拉氏变换式为 （4-36） 幅频特性为： （4-37） 归一化幅频为： （4-38） 由此式可绘出归一化幅频特性曲线。 当 时， ；随着ω增加， 逐渐下降。选用半正弦信号作为系统的激励信号时，要选择适当的τ，使系统的主要模态频率能够被 所覆盖。 测试系统的组成部件中，除传感器之外，还有放大器、调理器、变换器、记录仪器和数字计算机（包括单