車輛測試技術(shù)-第2章 測試系統(tǒng)的主要特征

1、第2章 測試系統(tǒng)的基本特征 1. 測試系統(tǒng)的主要特性 2. 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性 3. 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性 4. 測試系統(tǒng)不失真?zhèn)鬟f信號的條件 5. 測試系統(tǒng)的抗干擾2.1 測試系統(tǒng)的主要特性測試系統(tǒng)的基本要求：理想的測試系統(tǒng)傳輸特性：線性時不變系統(tǒng)的輸入x(t )和輸出y(t)之間的關(guān)系可用常系數(shù)線性微分方程來描述： 式中：是與測試系統(tǒng)的物理特性、結(jié)構(gòu)參數(shù)和輸入狀態(tài)有關(guān)的常數(shù)，不隨時間變化；n和m為正整數(shù)，表示微分的階數(shù)，一般nm并稱n值為線性系統(tǒng)的階數(shù)。 線性時不變系統(tǒng)主要特性：測試系統(tǒng)傳輸特性分類：2.2 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性在靜態(tài)測試時，輸入信號x(t)和輸出信號y(t)不隨時間變化，或者

2、隨時間變化但變化緩慢以至可以忽略時，測試系統(tǒng)輸入與輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系就是測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 理想的線性時不變系統(tǒng)的靜態(tài)特性方程： 即輸出是輸入的單調(diào)、線性比例函數(shù)，其中斜率S應(yīng)是常數(shù)。 測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性分析就是研究在靜態(tài)測試情況下，描述實際測試系統(tǒng)與理想線性時不變系統(tǒng)的接近程度 當特性曲線呈非線性關(guān)系時，靈敏度的表達式為：xyyyyxx00(a)(b)xyx式中測量值的標準偏差 由于測量系統(tǒng)或儀器在全量程范圍內(nèi)，各測量區(qū)間的x不完全相同，因此常用全量程范圍內(nèi)最大的x即xmax與測量系統(tǒng)滿量程輸出值YFS之比的百分率表示其分辨能力，稱為分辨率，用F表示，即即：產(chǎn)生可測輸出變化量時的最小輸入量

3、值表示相鄰兩次故障間隔時間的平均值 在給定的時間內(nèi)誤差仍能保持在規(guī)定限度以內(nèi)的概率。P值越大，則系統(tǒng)可靠性越高，但測試系統(tǒng)的成本加大。 p的最佳值為0.80.9 是平均無故障時間的倒數(shù)例如：某測試儀器的失效率為0.03%kh，表明有1萬臺這種儀器工作1000小時后只可能有3臺會出現(xiàn)故障。對于可修復(fù)的產(chǎn)品，用MTTR代表平均修復(fù)時間，若修復(fù)時間長，則有效使用時間短，因此有效度表示為： 欲使測量結(jié)果具有普遍的科學(xué)意義，測量系統(tǒng)應(yīng)當是經(jīng)過檢驗的。標定：用已知的標準校正儀器或測量系統(tǒng)的過程。 輸入到測量系統(tǒng)中的已知量是靜態(tài)量還是動態(tài)量，標定分靜態(tài)標定和動態(tài)標定。 即：將原始基準器，或比被標定系統(tǒng)準確度

4、高的各級標準器或已知輸入源作用于測量系統(tǒng)，得出測量系統(tǒng)的激勵響應(yīng)關(guān)系的實驗操作。靜態(tài)標定的作用：確定儀器或測量系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，賦予儀器或測量系統(tǒng)分度值；確定儀器或測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標；消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或測量系統(tǒng)的正確度 正行程：從零點開始，由低至高，逐次輸入預(yù)定的標定值此稱標定的正行程。反行程：再倒序依次輸入預(yù)定的標定值，直至返回零點，此稱反行程。要求：標定時，一般應(yīng)在全量程范圍內(nèi)均勻地取定5個或5個以上的標定點（包括零點）2.2 測試系統(tǒng)的動態(tài)特性但是，對于一個略為復(fù)雜的測試系統(tǒng)和復(fù)雜的測試信號，求解微分方程比較困難，甚至成為不可能。為此，根據(jù)自動控制理論，應(yīng)用拉普拉斯變換求出傳

5、遞函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)等來描述動態(tài)特性。 其中稱為拉氏變換算子 s是復(fù)數(shù)，又稱復(fù)頻率 傳遞函數(shù)的物理意義：1）傳遞函數(shù)反映了測量系統(tǒng)的固有特性，不隨輸入信號、輸出信號的變化而變化；2）不同類型的測量系統(tǒng)可用同一種形式的拉氏傳遞函數(shù)表達。 例如，一線性系統(tǒng)在正弦信號則其輸出為式中 的模 的相角：常取5或10 一階系統(tǒng)具有以下特點: 1）一階系統(tǒng)是一個低通環(huán)節(jié)。 當0時，幅值比A()=1為最大，相位差0，其幅值誤差與相位誤差為零，即輸出信號與輸入信號的幅值、相位相同，測試系統(tǒng)輸出信號并不衰減。隨著的增大，A()逐漸減小，相位差逐漸增大； 當時，A()幾乎與頻率成反比，相位差/2，這表明測試系統(tǒng)輸出信

6、號的幅值衰減加大，相位誤差增大，因此一階系統(tǒng)適用于測量緩變或低頻信號。2）時間常數(shù)決定著一階系統(tǒng)適用的頻率范圍。 當較小時，幅值和相位的失真都較?。划?1時，A()0.707，即20lgA()3dB。通常把處的頻率（即輸出幅值下降至輸入幅值的0.707倍處的頻率）稱為系統(tǒng)的“轉(zhuǎn)折頻率”（對濾波器來講，就是截止頻率），在該處相位滯后45。第一項是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；第二項是t的指數(shù)衰減函數(shù) 的幾何意義：為階躍響應(yīng)曲線y(t)在t=0處斜率的倒數(shù)，即起始點的斜率為1/。通常把輸出達到穩(wěn)態(tài)值的98所需的時間（4）作為響應(yīng)速度指標。（欠阻尼） 二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)在t時最終趨于穩(wěn)態(tài)值； 當1時，階躍響應(yīng)曲線的振幅不會超過穩(wěn)態(tài)值，不產(chǎn)生振蕩，一般工程上常將1的二階系統(tǒng)近似按一階系統(tǒng)對待。 5或2 常采用試驗的方法實現(xiàn)。最常用的方法：頻率響應(yīng)法和階躍響應(yīng)法即用正弦信號或階躍信號作為標準激勵源，分別繪出頻率響應(yīng)曲線或階躍響應(yīng)曲線，從而確定時間常數(shù)、阻尼比