测试技术第三章电子教案

第3章测试系统(xìtǒng)的基本特性1、概述2、测试系统的静态特性3、测试系统的动态特性4、测试系统不失真传递(chuándì)信号的条件5、Matlab在测试系统分析中的应用第一页，共44页。概述(ɡàishù)

输入和输出能观测，推断(tuīduàn)系统的传递特性；输入能观测，系统的传递特性已知，估计输出；输出能观测，系统的传递特性已知，推断(tuīduàn)输入。第二页，共44页。测试(cèshì)系统的静态特性

重复性灵敏度线性度分辨率回程误差(wùchā)稳定度漂移静态标定：将已知的输入作用(zuòyòng)于测试系统，得出测试系统的输入和输出的关系或静态特性曲线。第三页，共44页。线性时不变系统(xìtǒng)的性质动态(dòngtài)特性

1.什么(shénme)是线性时不变系统线性时不变系统（线性定常系统）：具有单一的、确定的输入—输出关系系统的特性不应随时间发生变化且输入输出之间成线性关系理想的测试系统第四页，共44页。线性时不变系统(xìtǒng)的性质动态(dòngtài)特性

2.叠加特性(tèxìng)各信号单独输入：各信号一起输入：第五页，共44页。线性时不变系统(xìtǒng)的性质动态(dòngtài)特性

3.比例(bǐlì)特性x(t)输入：ax(t)输入：第六页，共44页。线性时不变系统(xìtǒng)的性质动态(dòngtài)特性

4.微分(wēifēn)特性x(t)输入：输入：第七页，共44页。线性时不变系统(xìtǒng)的性质动态(dòngtài)特性

5.积分(jīfēn)特性x(t)输入：输入：系统的初始状态为零

第八页，共44页。线性时不变系统(xìtǒng)的性质动态(dòngtài)特性

6.频率(pínlǜ)保持性输入：输出：第九页，共44页。动态(dòngtài)特性的描述方法动态(dòngtài)特性

1.线性系统的数学模型常系数(xìshù)线性微分方程第十页，共44页。动态特性(tèxìng)的描述方法动态(dòngtài)特性

2.传递函数在初始条件为零时(línɡshí)，即输入和输出以及它们的各阶导数的初始值均为零时(línɡshí)，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换之比。第十一页，共44页。动态特性的描述(miáoshù)方法动态(dòngtài)特性

2.传递函数分母中的s幂次n代表了系统的阶次，也称为传递函数的阶次一般的测量装置总是稳定的，其分母中的s幂次总是高于分子(fēnzǐ)中s的幂次，即n>m反映系统特性，与具体的输入无关系数由系统的结构决定第十二页，共44页。动态特性的描述(miáoshù)方法动态(dòngtài)特性

3.系统(xìtǒng)的频率特性函数(稳态)幅频特性（幅值比）:相频特性（相位差）：

幅值的缩放能力

相位角前后移动的能力频率特性函数（频率响应函数

）：

第十三页，共44页。动态特性(tèxìng)的描述方法动态(dòngtài)特性

3.系统(xìtǒng)的频率特性函数第十四页，共44页。动态特性的描述(miáoshù)方法动态(dòngtài)特性

3.系统(xìtǒng)的频率特性函数幅频特性曲线：相频特性曲线：对数幅频特性曲线：对数相频特性曲线：第十五页，共44页。动态(dòngtài)特性的描述方法动态(dòngtài)特性

3.系统(xìtǒng)的频率特性函数

通过传递函数求：利用傅氏变换求：

通过试验求：

第十六页，共44页。动态(dòngtài)特性的描述方法动态(dòngtài)特性

3.系统(xìtǒng)的频率特性函数

传递函数与频率响应函数的区别传递函数：瞬态输出+稳态输出频率特性：稳态输出

传递函数：控制领域频率特性：测试领域

第十七页，共44页。动态特性的描述(miáoshù)方法动态(dòngtài)特性

4.脉冲响应函数(hánshù)

拉氏变换傅氏变换第十八页，共44页。动态(dòngtài)特性的描述方法动态(dòngtài)特性

5.环节(huánjié)的串并联

第十九页，共44页。一阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

1.一阶系统的数学(shùxué)描述

静态灵敏度

时间常数

第二十页，共44页。一阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

2.一阶系统(xìtǒng)的传递函数

第二十一页，共44页。一阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

2.一阶系统(xìtǒng)的传递函数

第二十二页，共44页。一阶系统(xìtǒng)的动态特性动态(dòngtài)特性

3.一阶系统(xìtǒng)的频率特性函数

第二十三页，共44页。一阶系统(xìtǒng)的动态特性动态(dòngtài)特性

3.一阶系统(xìtǒng)的频率特性函数

幅值衰减（量）:

系统的截止频率:

一阶系统的截止频率:一阶系统是一个低通环节

时间常数决定了一阶系统的工作频率范围

第二十四页，共44页。一阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

例3.1某一阶温度传感器被用来测量一反应容器中的温度。假定温度为频率在1~5Hz之间的正弦信号。请根据时间常数，选择一个合适的传感器，假定可接受的稳态误差为求时间常数第二十五页，共44页。一阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

4.一阶系统(xìtǒng)的脉冲响应函数

第二十六页，共44页。一阶系统(xìtǒng)的动态特性动态(dòngtài)特性

5.一阶系统的单位(dānwèi)阶跃响应

第二十七页，共44页。二阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

1.二阶系统的数学(shùxué)描述

静态灵敏度

无阻尼固有频率

阻尼比

第二十八页，共44页。二阶系统(xìtǒng)的动态特性动态(dòngtài)特性

2.二阶系统(xìtǒng)的传递函数

第二十九页，共44页。二阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

2.二阶系统(xìtǒng)的传递函数

第三十页，共44页。二阶系统(xìtǒng)的动态特性动态(dòngtài)特性

3.二阶系统(xìtǒng)的频率特性函数

第三十一页，共44页。二阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

3.二阶系统(xìtǒng)的频率特性函数

过阻尼系统

临界阻尼系统

欠阻尼系统

第三十二页，共44页。二阶系统(xìtǒng)的动态特性动态(dòngtài)特性

例3.2已知二阶系统：求系统(xìtǒng)的稳态输出。已知输入：第三十三页，共44页。二阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

例3.2已知二阶系统：求系统(xìtǒng)的稳态输出。已知输入：如何求系统的瞬态输出？第三十四页，共44页。二阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

4.二阶系统(xìtǒng)的脉冲响应函数

第三十五页，共44页。二阶系统的动态(dòngtài)特性动态(dòngtài)特性

5.二阶系统(xìtǒng)的单位阶跃响应

趋于稳态值的时间长短

响应速度

第三十六页，共44页。系统对任意输入(shūrù)的响应动态(dòngtài)特性

响应：求解：

复数域

频率域

第三十七页，共44页。标定(biāodìnɡ)动态(dòngtài)特性

1.频率响应(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)法实验方法：对测试系统施加某个频率的正弦激励，测出稳态时相应的正弦输出与输入的幅值比和相位差，便是该激励频率下测试装置的频率特性。

1）一阶系统时间常数的确定第三十八页，共44页。标定(biāodìnɡ)动态(dòngtài)特性

1.频率响应(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)法2）二阶系统阻尼比和固有角频率的确定2、由曲线上得出1、实验获得幅频特性曲线3、利用下面两式计算第三十九页，共44页。标定(biāodìnɡ)动态(dòngtài)特性

2.阶跃响应(xiǎngyìng)法1）一阶系统时间常数的确定第四十页，共44页。标定(biāodìnɡ)动态(dòngtài)特性

2.阶跃响应(xiǎngyìng)法2）二阶系统阻尼比和固有角频率的确定第四十一页，共44页。不失真传递信号(xìnhào)的条件

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