机械工程测试技术基础-机械测试大作业

HarbinInstituteofTechnology7果程大作业说明书课程名称：机械工程测试技术基础设计题目：测试技术与仪器大作业院 系： 班 级： 设计者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2014/05/06哈尔滨工业大学题目一信号的分析与系统特性题目：写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为H（s）的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。名称H(s)T、3、cn波形图三角波H(s)=-1-Ts+10.005，0.010.015，0.02等x(t)JTNT0',H(s)= 403 S2+2®s+32n n教师指定作业要求（1）要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示出来。（2）分析其频率成分分布情况。教师可以设定信号周期T及幅值A，每个学生的取值0不同，避免重复。（3）利用第2章所学内容，画出表中所给出的H（s）系统的伯德图，教师设定时间常数工或阻尼比C和固有频率3n的取值，每个同学取值不同，避免重复。（4）对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入乂《），输入给3所分析的系统H（s），求解其输出y（t）的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调整系统H（s）的参数。解：求解周期性三角波的傅里叶函数。在一个周期中，三角波可以表示为:竺.川IIIIII乳<细llllllI0” 4x(t)=I」卜+24IIIIIII'II呻IIIIIIIIII；0竺."44IIIIIIBII<Id』HIIII" 4 0常值分量 。0=fJ；°%(。山=0I余弦分量幅值： 4=今乃％(。3(心4・t)dt=0I正弦分量幅值：3^二4/0%(t)sin(九•30.d)dtIII•tI■sin(口•4•tI■sin(口•4•(―H't+24I)Islin(n•4•t)dtI+Ii；H0(44^t—44I)ISin(…。・t)dtI=I把sin^70TH0 0 能"2 21+1।84=I{IIIIIIIII!Ii+iI「他214,kjdII」iIiIMIKiiIIIIIIII相频谱:三III=159…J=Il2〃 '‘'IIIIn1 -211n3,7,11，…所以取：则：30L1所以x(t)=1aA(sin30t—所以取：则：30L1所以x(t)=I8(siit—^sinM+l±sin5t+I…单边谱:（1）利用matlab画出三角波函数的幅频谱如下:双边谱:6a-ia川-EA口口:吐匍53£■惠发单边谱:（1）利用matlab画出三角波函数的幅频谱如下:双边谱:6a-ia川-EA口口:吐匍53£■惠发三的港信号单边ii利用matlab画出三角波函数的相频谱如下:（2）由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出，三角波是由一系列正弦波叠加而成，正弦波的频率由攻到3攻0的相位交替为正弦波的频率由攻到3攻0的相位交替为N和-工。212（3）当H（s）=——时时，

Ts+1,5攻 ，其幅值由出,到皿,」a，0 冗2 9冗225冗2利用matlab画出的bode图如下:依次减小，各频率成分当H当H(s)=403 一 -3-n ，利用matlab画出的bode图如下:S2+2Qros+32nn（在这里，假定3=40不变，改变阻尼比（在这里，假定3=40不变，改变阻尼比t）(4)当H(s)=Ts+1时，对于该输入信号可以对每项单独计算系统输出相应，然后相加即可。由前知：，、 ，、8Zx(t)=f(x)=2(sin30t一9sin33(4)当H(s)=Ts+1时，对于该输入信号可以对每项单独计算系统输出相应，然后相加即可。由前知：，、 ，、8Zx(t)=f(x)=2(sin30t一9sin330t+25sin530t+…对于每一个频率成分，一阶系统的响应为：y(t)=A'[sin(wt+①)-e-1/tsin⑺式中A'="+(T3)2T33二-arctan(T3),sinp=- ——1+(T3)2由于T0=2ns，所以30=1。对于T=0.1,0.5,0.707,w=攻，3攻005攻…，，即3=1,3,5,…,。，A=0 -2SM844,...(4=9-225-20.10.50.707w7.9607.1556.5323w00.8510.4930.3795W00.2860.1190.087后相加即可。对于每一个频率成分，二阶系统的响应为：3y(t)=Asin(wt+①)-3de-Gwntsin(3t+9)d3[1-2]23y(t)=Asin(wt+①)-3de-Gwntsin(3t+9)d3[1-2]2+4C2G(w)w①=-arctan( n—)w1-(一)2wnwd=/^ 是系统在阻尼比为G时（G<1）做有阻尼振荡时的圆频率,2cJ不、①=-arctan( ' )3 1-(WA22wn当H（s）=6时利用matlab中simulink进行仿真得到如下输出响应:O.7D7J-i--^-T | | ]"0 1 2 3 4 ,5 6 7 6 gID一阶响应10 । I।I। 1 —一1C-■一 ।-1QI 1 1 1 1― 1 1 1 1 0 1 2345£739 10一阶响应10 । । । । । । ।_ ।一1^05一阶响应5一阶响应1=0011-0.14tHi”m|||||刖刖|川|卬|||一防每瓶不同*制下情值变化一际军统不下相©变化—r-O.OI+r=D/i——r-0.5口r=DJII71由结果知：为了实现近似不失真，要求w<<T下图绘制出了在不同的时间常数下一阶系统对于不同的3下幅值和相位被放大和滞后的变化趋势。当H(s)=403

当H(s)=403

n

S2+2®s+32时，利用matlab中simulink进行仿真利用仿真数据，得到nn如下输出响应：由结果知：为了实现近似不失真，阻尼比C=(0.65~0.7),输入信号中不可忽视的最高频率应小于(0.6~0.8)攻，以使A(w)=A尽量接近。n下图绘制出了在不同的3下图绘制出了在不同的3九下二阶系统对于不同的3下幅值和相位被放大和滞后的变化参考文献[1]邵东向.李良主编机械工程材料测试基础.哈尔滨工业大学出版社.2003年题目二传感器综合运用题目：如图所示的工件，根据图中所示测量要求，选用适合的传感器，设计相应的测量方案。2)工件如图所示，要求测量出工件的刚度值，在力F的作用下头部将产生偏角。(约3度)。力的大小为300N,选择力传感器，及位移传感器，设计测量方案。作业提示：高精度的角度测量比较难，可以转换为线位移测量。作业要求(1)学生选题可以多人选一题，但是要求独立完成作业内容。同一测量对象，可以有多种测量方法，可以用不同传感器。(2)根据被测物理量选用适合的传感器系列；例如尺寸量测量传感器，电阻应变式传感器，电感式传感器，电容传感器，磁电传感器、CCD图像传感器等等。(3)分析所给任务的测量精度，并根据精度指标初选适合该精度的传感器系列；测量精度一般根据被测量的公差带利用的是误差不等式来确定，例如公差带达到10时测量精度一般应达到公差带的1/5,即小于2 。满足此精度的传感器有电阻应变式传感器，电感式传感器等，但考虑精度的同时还要考虑量程等其它方面的因素，参考第3章传感器的选用原则一节。(4)测量方法是确定成败的，好的测量方法可以充分发挥传感器的性能。学生要根据被测量的特点及题目要求，综合考虑测量方便，适合于批量测量的特点，确定合理的测量方案，并画出测量方案简图，可以配必要的文字说明。MIK-LCS1［非线性参数MIK-LCS1［非线性参数】w±0.03%F-S（拂变参数］与土0.03%F-S/30mm•设计说明书测试要求根据题目的测试要求，传感器需要测量两个物理量：①施加在头部的作用力F（300N左右）；②头部在力F下的角度变形。由于高精度的角度测量比较难，可将其转换为线位移测量。根据刚度公式：FK=一y可得测量工件的刚度。式中：K为工件的刚度；F为施加在工件上的作用力；y为在力F作用下的位移；根据上式，测定刚度的方式有两种，一种是在恒力的作用下测定工件头部的变形量；一种是在一定变形量的作用下测定力的大小。对于后种方法，需要控制工件的位移量一定，这是比较困难的。对于前种方法，给工件施加一定大小的力是比较容易做到的，只需要测定该力的作用下位移的大小即可。因此，采用第一种测定刚度的方法。传感器的选用测力传感器-根据参考文献1的表3-1知，测力传感器包括机械式的弹性压力计，电磁及光电子式的电感、压磁和电阻应变片式的测力传感器。考虑到测量精度和测量成本，选择拉压力传感器。查询了一些拉压式传感器的特性，选择了下面一款传感器，其参数和外形尺寸如下图：【产品品牌】在蕊［量程范即］0-500Kg内任意量程［供电电原］5-15V［对应输出I （2亳伏每伏）［零点输出］士1-S［输入电阻］35O±2QQ［输出电阻】350±5G［安全过载］w15O%F-S［工作温度范围］—20七一+30霓

位移传感器在头部的力作用下，头部发生的角度位移约为3度，因此头部对应的线位移为：E=-^n•n•10mm=0.524mm=524um

180 p根据测试系统的位移大小，我们应该近尽量使测量器件工作在线形区域内，测试量程应该稍大一些。根据参考文献1的表3-1，可以采用电感式位移传感器或者电容式传感器。查询了一些传感器的特性，选择了下面一款传感器，其参数和外如下图：输出现包妻则*身反书屏器 传感器类别：住置传感器 材后:全屈£阳截朔杆系歹।眼数表:口；小噩।邮布翻格mi25 33 75100电阻行程电目mm25.5 50.S 75.E：WL机械行程.：/-rim305 石.B SD51DB*酬线性精度8下±%0.30.1电咀值±10MEH5解析度分轿析梗概Infill工t抚限解析里要性精度miD.01献工作速度n/s5建设输出环电充HA1使用温度环境七一如七zHSZI七输出信号类型V-i-z“1口口蹄症缺电压《枪位移登化而比例变化，-管注：作涉胃水用，不能带员谶R寸ami75.5 100.5 125.515L堇:不肯期件€52 &1 707y

控制系统夹具设计及工件测量设置四、为了保证施加的力为夹具设计及工件测量设置四、为了保证施加的力