第2章-测试系统特性1(概论、静动态响应特性).ppt

第四节.测量仪器的主要性能指标1.测量系统在瞬变参数测量中的动态特性1.测量系统在瞬变参数测量中的动态特性1.测量系统在瞬变参数测量中的动态特性1.测量系统在瞬变参数测量中的动态特性1.测量系统在瞬变参数测量中的动态特性1.测量系统在瞬变参数测量中的动态特性2.测量系统的动态响应（1）测量系统的阶跃响应输入信号单位阶跃输入信号特点：t=0时，信号以无限大的速率上升；t0时，信号保持定值，不随时间变化。2.测量系统的动态响应一阶测量系统的阶跃响应测温热电偶2.测量系统的动态响应一阶测量系统的阶跃响应一阶系统的单位阶跃响应该响应为一指数曲线，曲线变化率取决于时间常数τ。为进行可靠的动态测量，应使系统的时间常数τ尽可能小。2.测量系统的动态响应二阶测量系统的阶跃响应振动传感器2.测量系统的动态响应二阶测量系统的阶跃响应1.不同阻尼比ξ的阶跃响应曲线；2.动态特性的评价指标。2.测量系统的动态响应动态特性的评价指标二阶测量系统的阻尼比ξ=0.6-0.8条件下，讨论动态特性指标两个重要指标：稳定时间ts最大过冲量Ad二阶系统动态误差：0＜ξ≤0.8条件下，误差范围±0.2%和±5%时，稳定时间分别为：Ats=4.5/(ξωn)、ts=3.5/(ξωn)；2.测量系统的动态响应动态特性的评价指标最大过冲量Ad：小阻尼情况下，输出第一个峰值称为最大过冲量BBAd，它到达的时间称为峰值时间td峰值时间最大过冲量传感器的时域动态性能指标：①时间常数τ：一阶传感器输出上升到稳态值的63.2%，所需的时间，称为时间常数；②延迟时间td：传感器输出达到稳态值的50%所需的时间；③上升时间tr：传感器输出达到稳态值的90%所需的时间；④峰值时间tp：二阶传感器输出响应曲线达到第一个峰值所需的时间；⑤超调量σ：二阶传感器输出超过稳态值的最大值；⑥衰减比d：衰减振荡的二阶传感器输出响应曲线第一个峰值与第二个峰值之比。2.测量系统的动态响应2.测量系统的动态响应一阶测量系统的时域动态性能指标二阶测量系统的时域动态性能指标输入：输出：频率响应特性输入量：输出量：频率响应函数：正弦信号—频率不同，幅值相等正弦信号—观察：幅值、相位、频率(稳态)2.测量系统的动态响应测量系统的频率响应特性：频率响应函数：在正弦信号的激励下，测量装置达到稳态后输出和输入之间的关系。直观反映了测试系统对不同频率的正弦信号的响应特性。2.测量系统的动态响应测量系统的频率响应特性：A(?)-?曲线称为幅频特性曲线，?(?)-?曲线称为相频特性曲线。实际作图时，常画出20lgA(?)-lg?和?(?)-lg?曲线，两者分别称为对数幅频曲线和对数相频曲线，总称为伯德图（Bode图）。2.测量系统的动态响应零阶测量系统的频率响应：微分方程：特点：a)属于静态环节：d)实际零阶环节：缓慢变化，频率较低—近似零阶环节c)与时间无关，与频率无关，无滞后，无惯性理想环节静态灵敏度系数b)输出?输入又称：比例环节幅频特性：相频特性：实例：电位计式角位移传感器微分方程：静态灵敏度系数：UEU0θ2.测量系统的动态响应一阶测量系统的频率响应：微分方程：传递函数：灵敏度：时间常数：一阶系统的频率响应函数为：负值表示相角的滞后幅频、相频特性：2.测量系统的动态响应一阶测量系统的频率响应：(a)幅频特性(b)相频特性时间常数τ越小，频率响应特性越好。当ωτ1时，A（ω）≈1，Φ（ω）≈0，表明传感器输出与输入成线性关系，且相位差也很小，输出y(t)比较真实地反映了输入x(t)的变化规律。2.测量系统的动态响应二阶测量系统的频率响应：微分方程：传递函数：频响函数：灵敏度：固有频率：阻尼：相频特性：幅频特性：2.测量系统的动态响应2.42.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.200.511.522.5(a)ωτ(b)0-30°-60°-90°-120°-150°-180°0.511.522.5ωτξ=0ξ=0.2ξ=0.4ξ=0.6ξ=1ξ=0.8ξ=0.707ξ=0ξ=0.2ξ=0.4ξ=0.6ξ=0.70