简述系统动态特性及其测定方法
测试系统的动态特性

y(t)=A0x(t)
y(t)=A0x(t- t0)
时域条件
y(t)=A0x(t-t0) Y(ω)=A0e-jωt0X(ω)
不失真测试系统条件的幅频特性和相频特性应分别满足 : A(ω)=A0=常数 φ(ω)=-t0.ω
做傅立叶变换
频域定义
A(ω)φ(ω) ω
一阶测试系统的典型输入下的响应,灵敏度为1 在单位阶跃输入下的响应 单位阶跃输入的定义为
一阶测试系统的典型输入下的响应,灵敏度为1 在单位正弦输入下的响应 设系统的输入为
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(四) 测试系统动态特性的测定 常用的动态标定方法有阶跃响应法和频率响应法。 阶跃响应法是以阶跃信号作为测试系统的输入,通过对系统输出响应的测试,从中计算出系统的动态特性参数。这种方法实质上是一种瞬态响应法,即通过对输出响应的过渡过程来标定系统的动态特性。 1.一阶系统动态特性参数的求取
漂移:是指测试系统在输入不变的条件下,输出随时间而变化的趋势 。
第3章、测试系统特性
测试系统的动态特性是指输入量随时间变化时,其输出随输入而变化的关系。
x(t)
h(t)
y(t)
输入量
系统特性
输出
(三)测试系统的动态特性
无论复杂度如何,把测量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。
相对真值:是指计量器具按精度不同分为若干等级,上一等级的指示值即为下一等级的指示值,次真值成为相对真值。
在一定条件下被测物理量客观存在的实际值,称为真值。真值是一个理想的概念。在实际测量时,由于实验方法和实验设备的不完善、周围环境的影响以及人们认识能力所限等因素,使得测量值与其真值之间不可避免地存在着差异。
3.测试系统的动态特性

2
e
n t
1 2
④ >1时,系统退化为两个一阶系统的串联,此时输 出无振荡,但需较长时间才能到达稳态。 ⑤ =0.6~0.8时,系统可以以较短时间(大约(5~7)/n )进入偏离稳态不到2% ~5%的范围内,且系统超调量 小于 10%。因此,二阶测试系统的阻尼比通常选择为 : =0.6~0.8。 = 0.707为最佳阻尼比。
20 L()(dB) 0
-20dB/dec
一 阶 系 统
()()
-20 -40 0.11
0
-45 -90º
0.2 1
1/
10 1
1 0.1
1/
10
1
一阶系统的时间常数越小越好。 不失真测试的频率上限fmax是由 A( ) A0 1 100% 1 100% 2 A0 误差要求决定的。 1 2fmax
2 1.8 1.6 1.4 1.2
y(t) 1
=0.2 =0.4 =0.6 =0.8
0.8 0.6 0.4 0.2 0 tp 5 10 15 t
欠阻尼二阶系统单位阶跃响应曲线
=1
y( t ) 1
e n t 1 2
sin( d t )
0 1
② 二阶系统(0< ξ <1)瞬态输出分量为振幅等于
k 0
系统的响应y(t)即为这些脉冲依次作用的结果。
若系统脉冲响应函数h(t)已知,则在上述一系列脉冲作 用下,系统在 t 时刻的响应可表示为:
y( t ) x( k ) h( t k ) x ( k ) h( t k )
k 0 k 0
第二章 测量系统的动态特性

两个环节串联
Y (s) H (s) X (s) Z (s) H 2 (s) X (s) H1 ( s ) X ( s ) H 2 ( s ) X (s) H1 ( s ) H 2 ( s )
n
由n个环节组成的串联 系统,其传递函数为:
H ( s) H i ( s)
i 1
1. 测量系统在瞬变参数测量中的动态特性
分析控制动态测量时所产生的动态误差 选择合适测量系统与所测参数匹配,使测 量的动态误差在允许范围
1. 测量系统在瞬变参数测量中的动态特性
测量系统动态特性的数学描述 采用常系数线性常微分方程描述测量系统动态特性,输入量x与 输出量y之间的关系如下:
dny d n 1 y dy an an 1 a1 a0 y n n 1 dt dt dt d mx d m 1 x dx bm b b b0 x m 1 1 m m 1 dt dt dt
*优点:表示了传感器本身特性,与输 入输出无关,可通过实验求得
1. 测量系统在瞬变参数测量中的动态特性
传递函数
传递函数的定义:x(t)、y(t)及其各阶导数的初始值为零,系 统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比,记为:
输入量
x
bm s m bm1s m1 b1s b0 an s n an1s n1 a1s a0
T T0 (1 e )
该响应为一指数曲线,曲线 变化率取决于时间常数τ。
t
1
0.982
0.632
1 2 3 4
0.865
0.950
为进行可靠的动态测量,应 使系统的时间常数τ尽可能小。
一阶系统的单位阶跃响应
测试系统动态特性

高效数据处理
采用高效的数据处理算法和架构,确保测试数据的准确性和实时性。
提高测试系统的稳定性
冗余设计
关键部件采用冗余设计,提高系统的可靠性和稳定性。
自适应调整
根据测试过程中的实际情况,自动调整系统的参数和性能, 确保测试结果的准确性。
故障诊断与恢复
具备故障诊断和恢复功能,能够在系统出现故障时快速定位 并恢复。
降低测试系统的噪声
噪声抑制技术
采用先进的噪声抑制技术,降低测试系统内部和外部噪声的影响。
滤波算法
应用合适的滤波算法对测试数据进行处理,去除噪声干扰,提高测 试结果的准确性。
环境控制
对测试环境进行严格的控制,减少环境因素对测试结果的干扰。
06 结论
研究成果总结
测试系统的动态特性对于确 保其稳定性和可靠性至关重
激振试验的优点在于可以人为控制激励信号的频率、幅值和波形等参数, 以便于对系统的不同动态特性进深入研究。
激振试验的局限性在于它只能模拟特定条件下的动态特性,无法完全模拟 实际运行中的复杂情况。
振动台试验
01
振动台试验是一种利用振动台 模拟实际运行中的振动环境, 对测试对象进行振动试验的方 法。
02
测试系统动态特性
目 录
• 引言 • 测试系统动态特性概述 • 测试系统动态特性分析方法 • 测试系统动态特性测试技术 • 测试系统动态特性优化与改进 • 结论
01 引言
目的和背景
确定测试系统的性能指标
通过对测试系统的动态特性进行评估,可以了解测试系统的性能指标,如响应时间、稳定性、可 靠性等。
动态特性对于故障诊断和预测具有重要意义
通过对测试系统的动态特性进行分析,可以及时发现系统潜在的问题和故障,并对其进行诊断和预测。 这对于预防故障发生、减少系统维护成本和提高系统可靠性具有重要意义。
知识点2第一章第6节系统的特性和分析方法

知识点2第一章第6节系统的特性和分析方法在系统科学的研究中,对系统的特性和分析方法进行研究是十分重要的。
系统的特性和分析方法包括了系统的开放性、闭合性、动态性、稳定性、层级性、多样性、整体性等。
系统的特性主要包括:1.开放性:系统与其环境是相互作用、相互影响的。
系统能够从环境中获取输入信息,通过处理和转换这些信息,输出对环境产生影响的结果。
3.动态性:系统是不断变化和发展的,它具有发展的潜力、能力和趋势。
系统内部的要素和相互作用随时间的推移会发生变化,系统的状态也会随之变化。
4.稳定性:系统有一定的稳定状态,可以通过反馈机制自我调节和维持其稳定状态。
当系统内部的要素和相互作用保持稳定时,系统就具有稳定性。
5.层级性:系统具有层次结构,由多个子系统组成。
每个子系统都可以看作是一个更大系统的一部分,并可以进一步分解成更小的子系统。
层级结构使得系统的复杂性可以得到更好的管理和理解。
6.多样性:系统内的要素和相互作用是多样化的。
系统中的要素和相互作用可以包含不同的类型、状态、关系和特征,使得系统具有多样性。
7.整体性:系统是一个集合整体,整体的性质和行为不能简单通过各个要素的性质和行为之和来解释。
系统具有的整体性质和行为是由各个要素和相互作用共同决定的。
研究系统的特性时,需要运用一些分析方法来深入理解系统的结构和行为。
常用的系统分析方法包括:系统动力学、系统辨识、系统仿真、系统优化、系统灵敏度等。
系统动力学是研究系统结构、行为和动态变化规律的方法。
通过建立系统的动态方程,可以模拟和预测系统的行为和变化趋势。
系统辨识是通过观察和分析系统的输入输出数据,识别系统的结构和参数的方法。
通过辨识系统的模型,可以更好地理解和掌握系统的特性和行为。
系统仿真是通过建立系统的数学模型,运用计算机技术进行仿真实验,模拟和观察系统的行为和变化。
仿真可以帮助研究人员更全面地了解和分析系统,优化系统设计和运行。
系统优化是为了达到其中一种最优目标,通过调整系统的结构和参数,使系统的性能和效益最大化。
简述系统动态特性及其测定方法

简述系统动态特性及其测定方法系统的特性可分为静态特性和动态特性。
其中动态特性是指检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系。
一般地,在所考虑的测量范围内,测试系统都可以认为是线性系统,因此就可以用一定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入x (t)、输出y (t)之间的关系。
1) 微分方程:根据相应的物理定律(如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电路定律等),用线性常系数微分方程表示系统的输入x 与输出y 关系的数字方程式。
a i 、b i (i=0,1,…):系统结构特性参数,常数,系统的阶次由输出量最高微分阶次决定。
2) 通过拉普拉斯变换建立其相应的“传递函数”,该传递函数就能描述测试装置的固有动态特性,通过傅里叶变换建立其相应的“频率响应函数”,以此来描述测试系统的特性。
定义系统传递函数H(S)为输出量与输入量的拉普拉斯变换之比,即式中S 为复变量,即ωαj s +=传递函数是一种对系统特性的解析描述。
它包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。
传递函数有一下几个特点:(1)H(s)描述系统本身的动态特性,而与输入量x (t)及系统的初始状态无关。
(2)H(S)是对物理系统特性的一种数学描述,而与系统的具体物理结构无关。
H(S)是通过对实际的物理系统抽象成数学模型后,经过拉普拉斯变换后所得出的,所以同一传递函数可以表征具有相同传输特性的不同物理系统。
(3)H(S)中的分母取决于系统的结构,而分子则表示系统同外界之间的联系,如输入点的位置、输入方式、被测量以及测点布置情况等。
分母中s 的幂次n 代表系统微分方程的阶数,如当n =1或n =2 时,分别称为一阶系统或二阶系统。
一般测试系统都是稳定系统,其分母中s 的幂次总是高于分子中s 的幂次(n>m)。
下面讨论测试系统在单位阶跃输入和单位正弦输入下的响应,并假设系统的静态灵敏度。
测试系统在单位阶跃输入下的响应单位阶跃输入的定义为其拉氏变换图3.16 单位阶跃输入一阶系统的响应(3.19)图3.17 一阶系统的单位阶跃响应二阶系统的响应其中ξ)1(<图3.18 二阶系阶的单位阶跃响应由图可见,一阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差为零,并且,进入稳态的时间t→∞。
简支梁振动系统动态特性综合测试方法

目录一、设计题目 (1)二、设计任务 (1)三、所需器材 (1)四、动态特性测量 (1)1.振动系统固有频率的测量 (1)2.测量并验证位移、速度、加速度之间的关系 (3)3.系统强迫振动固有频率和阻尼的测量 (6)4.系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量 (6)5.主动隔振的测量 (9)6.被动隔振的测量 (13)7.复式动力吸振器吸振实验 (18)五、心得体会 (21)六、参考文献 (21)一、设计题目简支梁振动系统动态特性综合测试方法。
二、设计任务1.振动系统固有频率的测量。
2.测量并验证位移、速度、加速度之间的关系。
3.系统强迫振动固有频率和阻尼的测量。
4.系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量。
5.主动隔振的测量。
6.被动隔振的测量。
7.复式动力吸振器吸振实验。
三、所需器材振动实验台、激振器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器、力传感器、扫描信号源、动态分析仪、力锤、质量块、可调速电机、空气阻尼器、复式吸振器。
四、动态特性测量1.振动系统固有频率的测量(1)实验装置框图:见(图1-1)(2)实验原理:对于振动系统测定其固有频率,常用简谐力激振,引起系统共振,从而找到系统的各阶固有频率。
在激振功率输出不变的情况下,由低到高调节激振器的激振频率,通过振动曲线,我们可以观察到在某一频率下,任一振动量(位移、速度、加速度)幅值迅速增加,这就是机械振动系统的某阶固有频率。
(图1-1实验装置图)(3)实验方法:①安装仪器把接触式激振器安装在支架上,调节激振器高度,让接触头对简支梁产生一定的预压力,使激振杆上的红线与激振器端面平齐为宜,把激振器的信号输入端用连接线接到DH1301扫频信号源的输出接口上。
把加速度传感器粘贴在简支梁上,输出信号接到数采分析仪的振动测试通道。
②开机打开仪器电源,进入DAS2003数采分析软件,设置采样率,连续采集,输入传感器灵敏度、设置量程范围,在打开的窗口内选择接入信号的测量通道。
机械系统动态性能测试与分析

机械系统动态性能测试与分析在现代工业领域中,机械系统的动态性能测试与分析是一项非常重要的工作。
通过对机械系统的动态性能进行测试与分析,可以评估其运行状态和性能特点,进而为优化设计和改进工艺提供依据。
本文将从测试方法、参数分析以及应用举例等方面对机械系统动态性能测试与分析进行探讨。
一、测试方法机械系统的动态性能测试有多种方法,常用的包括负载测试、振动测试和响应测试等。
负载测试是通过在机械系统上加上一定负载来进行测试,以分析系统的承载能力和输出特性。
振动测试则是通过振动传感器对机械系统进行振动信号的采集与分析,以了解系统的振动幅值和频率特性。
响应测试是通过在机械系统上施加一定外力或扰动,观察系统的响应情况,以评估系统的动态响应能力。
二、参数分析机械系统动态性能的参数分析是测试与分析的核心内容之一。
在进行参数分析时,需要重点关注系统的加速度、速度和位移等重要参数。
通过分析这些参数的变化趋势,可以了解系统的运行速度、加速度以及振动幅值等信息,进而评估系统的运行状态和性能特点。
此外,还可以通过频域分析对系统的频率特性进行研究。
三、应用举例机械系统动态性能测试与分析在许多领域都有着广泛的应用。
例如,在汽车工业中,可以通过测试与分析车辆的悬挂系统动态性能,评估悬挂系统对路面不平的响应能力,为悬挂系统的设计与调整提供参考。
在机械加工行业中,可以通过测试与分析加工设备的动态性能,了解其加工精度和稳定性,为加工工艺的优化提供依据。
此外,还可以对航空航天、电力等领域的机械系统进行动态性能测试与分析,以确保系统的可靠性和安全性。
总结起来,机械系统动态性能测试与分析是一项重要而复杂的工作。
通过选择合适的测试方法、进行参数分析以及应用举例等,可以有效评估机械系统的性能特点,为优化设计和改进工艺提供依据。
然而,机械系统的动态性能测试与分析还存在许多挑战,包括测试设备的选择与设置、数据采集和分析的准确性等。
因此,需要不断探索新的测试方法与技术手段,提高测试与分析的准确性和效率,以更好地满足现代工业的需求。
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简述系统动态特性及其测定方法
系统的特性可分为静态特性和动态特性。
其中动态特性是指检测系统在被测量随时间变化的条件下输入输出关系。
一般地,在所考虑的测量范围内,测试系统都可以认为是线性系统,因此就可以用一定常线性系统微分方程来描述测试系统以及和输入x (t)、输出y (t)之间的关系。
1) 微分方程:根据相应的物理定律(如牛顿定律、能量守恒定律、基尔霍夫电
路定律等),用线性常系数微分方程表示系统的输入x 与输出y 关系的数字方程式。
a i 、
b i (i=0,1,…):系统结构特性参数,常数,系统的阶次由输出量最高微分阶次决定。
2) 通过拉普拉斯变换建立其相应的“传递函数”,该传递函数就能描述测试装
置的固有动态特性,通过傅里叶变换建立其相应的“频率响应函数”,以此来描述测试系统的特性。
定义系统传递函数H(S)为输出量与输入量的拉普拉斯变换之比,即
式中S 为复变量,即ωαj s +=
传递函数是一种对系统特性的解析描述。
它包含了瞬态、稳态时间响应和频率响应的全部信息。
传递函数有一下几个特点:
(1)H(s)描述系统本身的动态特性,而与输入量x (t)及系统的初始状态无关。
(2)H(S)是对物理系统特性的一种数学描述,而与系统的具体物理结构无关。
H(S)是通过对实际的物理系统抽象成数学模型后,经过拉普拉斯变换后所得出的,所以同一传递函数可以表征具有相同传输特性的不同物理系统。
(3)H(S)中的分母取决于系统的结构,而分子则表示系统同外界之间的联系,如输入点的位置、输入方式、被测量以及测点布置情况等。
分母中s 的幂次n 代表系统微分方程的阶数,如当n =1或n =2 时,分别称为一阶系统或二阶系统。
一般测试系统都是稳定系统,其分母中s 的幂次总是高于分子中s 的幂次(n>m)。
下面讨论测试系统在单位阶跃输入和单位正弦输入下的响应,并假设系统的静态灵敏度。
测试系统在单位阶跃输入下的响应
单位阶跃输入的定义为
其拉氏变换
图3.16 单位阶跃输入一阶系统的响应
(3.19)
图3.17 一阶系统的单位阶跃响应二阶系统的响应
其中
ξ
)1
(<
图3.18 二阶系阶的单位阶跃响应
由图可见,一阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差为零,并且,进入稳态的时间t→∞。
但是,当t =4τ时,y(4τ)=0.982;误差小于2%;当t =5τ时,y(5τ)=0.993,误差小于1%。
所以对于一阶系统来说,时间常数τ越小越好。
二阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差也为零。
进入稳态的时间取决于系统的固有频率n ω和阻尼比ξ。
n ω越高,系统响应越快。
阻尼比主要影响超调量和振荡次数。
当ξ=0时,超调量为100%,且振荡持续不息,永无休止;当ξ≥1时,实质为两个一阶系统的串联,虽无振荡,但达到稳态的时间较长;通常取ξ=0.6~0.8,此时,最大超调量不超过10%~2.5%,达到稳态的时间最短,约为5~7/n ω,稳态误差在5%~2%。
测试系统在单位正弦输入下的响应
正弦输入信号的定义为:
(
)
其拉氏变换
一阶系统的响应
t ωϕarctan 1=
二阶系统的响应
]sin cos [)](sin[)()(21t K t K e t A t y d d t n ωωωφωωξω+-+=-
其中:1K 和2K 是与n ω和ξ有关的系数,
和
分别为二阶系统的幅频和相频特性。
可见,正弦输入的稳态输出也是同频率的正弦信号,所不同的是在不同频率下,其幅值响应和相位滞后都不相同,它们都是输入频率的函数。
因此,可以用不同频率的正弦信号去激励测试系统,观察其输出响应的幅值变化和相位滞后,从而得到系统的动态特性。
这是系统动态标定常用的方法之一。