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1、电动汽车 电机系统原理与测试技术,试验测试系统特性分析,2019/4/10,目录,基本概念 试验测试系统的静态特性 试验测试系统的动态特性 试验测试系统的动态响应 试验测试系统特性的测量 试验测试系统的负载耦合特性 不失真测量,2019/4/10,基本概念,测试系统的特性指的是传输特性，即系统的激励与响应之间的关系。系统特性可分为静态特性和动态特性，一般情况下，测试系统的静态特性与动态特性是相关的，静态特性也会影响到动态条件下的测量。 理想的测试系统应有单值的、确定的输入输出关系，其中，以输出与输入呈线性关系为最佳。,2019/4/10,基本概念,若系统的输入 和输出 之间的关系可用线性微分方
2、程描述，则称为线性系统，其方程可以写成： 为时间自变量；系数 和 均为不随时间变化的常数。测试系统结构及其所用元器件的参数决定了 和 的大小及其量纲。,2019/4/10,基本概念,一个实际的物理系统由于其组成中的各元器件的物理参数并非能保持常数，这会导致参数的时变性，所以理想的定常线性系统是不存在的。 若以 表示定常线性系统输入与输出的对应关系，则定常线性系统具有以下主要性质：叠加原理、比例特性、微分特性、积分特性、频率保持性。,2019/4/10,基本概念,（1）叠加原理 当几个输入同时作用于线性系统时，其响应等于各个输入单独作用于该系统的响应之和，即 （2）比例特性 若线性系统的输入扩大
3、k倍，则其响应也将扩大 倍，即对于任意常数k必有：,2019/4/10,基本概念,（3）微分特性 线性系统对输入导数的响应等于对该输入响应的导数，即： （4）积分特性 若线性系统的初始状态为零（即当输入为零时，其响应也为零），则对输入积分的响应等于对该输入响应的积分，即,基本概念,（5）频率保持性 若线性系统输入为某一频率简谐信号，则其稳态响应必是同一频率的简谐信号。依据频率保持性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。该原理可用于故障诊断中。,试验测试系统的静态特性,线性系统中输入输出关系是一条理想的直线，但是实际测试系统输入输出曲线并不是理想的直线。 测试系
4、统的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度，下面用定量指标来研究实际测试系统的静态特性。,试验测试系统的静态特性,非线性度 非线性度是指测试系统的输入输出关系保持常值线性比例关系的程度。拟合直线有两种基本方法，即端基直线和独立直线。,试验测试系统的静态特性,灵敏度 灵敏度表征的是测试系统对输入信号变化的一种反应能力。若系统的输入有一个增量 ，引起输出产生相应增量 ，则定义灵敏度S为： 分辨力 分辨力是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。分辨力与灵敏度有密切的关系，即为灵敏度的倒数。,试验测试系统的静态特性,回
5、程误差 由于仪器仪表中磁性材料的磁滞、弹性材料的迟滞现象，以及机械结构中的摩擦和游隙等原因，使得输入量在递增过程中的定度曲线与输入量在递减过程中的定度曲线往往不重合，如图4-4所示。,试验测试系统的静态特性,漂移 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，包括点漂和零漂。 产生漂移的原因有两个方面：一是仪器自身结构参数的变化，另一个是周围环境的变化（如温度、湿度等）对输出的影响。,试验测试系统的动态特性,传递函数 定义系统的传递函数 为输出量和输入量的拉普拉斯变换之比。 式中，s是复变量，即 传递函数的特点 （1） 描述系统本身的动态特性初始状态无关。 （2） 同一传函可以表
6、征相同传输特性的不同物理系统。 （3） 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。分母中s的幂次代表系统的阶数。,试验测试系统的动态特性,频率响应函数 频率响应函数是在频域中描述和考察系统特性。与传递函数相比，频率响应函数易通过实验来建立，且其物理概念清楚。对于定常线性系统，频率响应函数 有： 式中 。,试验测试系统的动态响应,由前述可知，测试系统的输入、输出与传递函数之间有关系式： 对上式作拉普拉斯反变换，有 式中， 表示拉普拉斯反变换。另一方面，根据拉普拉斯变换的卷积特性，有：,试验测试系统的动态响应,测试系统在单位阶跃输入下的响应 单位阶跃输入,试验测试系统的动态响应,一阶
7、系统的响应,试验测试系统的动态响应,二阶系统的响应,试验测试系统的动态响应,测试系统在单位正弦输入下的响应 单位正弦信号输入,试验测试系统的动态响应,测试系统在单位正弦输入下的响应 一阶系统响应,试验测试系统的动态响应,测试系统在单位正弦输入下的响应 二阶系统响应,试验测试系统特性的测量,测试系统静态特性的测定 1 作输入输出特性曲线 2 求重复性误差,正行程的重复性误差,反行程的重复性误差,试验测试系统特性的测量,测试系统静态特性的测定 3 做出正反行程的平均输入-输出曲线 正行程曲线 反行程曲线 4 求回程误差,试验测试系统特性的测量,测试系统静态特性的测定 5 做出定度曲线 定度曲线 6
8、 做出拟合直线，计算非线性误差和灵敏度 根据定度曲线，按最小二乘法求作拟合直线，然后求非线性误差。拟合直线的斜率即为灵敏度。,试验测试系统特性的测量,测试系统动态特性的测定 阶跃响应法 一阶系统动态特性参数 二阶系统动态特性参数,试验测试系统特性的测量,测试系统动态特性的测定 频率响应法 一阶系统动态特性参数 二阶系统动态特性参数,固有频率,阻尼比,试验测试系统的负载耦合特性,负载效应的一般关系 任何形式的功率都等于两个变量的乘积，这两个变量一个称“势变量”，另一个称“流变量”。 广义阻抗用Z表示,试验测试系统的负载耦合特性,负载效应的一般关系,静态负载效应,两个测量环节相串联的情况,试验测试
9、系统的负载耦合特性,负载效应的一般关系 阻抗Z以及输入x和输出y都可以表示成频率的函数，所以当引入频率响应以后，推广到动态，可以得到动态负载效应的一系列一般关系式。,动态负载效应,试验测试系统的负载耦合特性,几种阻抗配合的负载效应,和 均为纯电阻,试验测试系统的负载耦合特性,几种阻抗配合的负载效应,为纯电阻， 为电阻电容并联,不失真测量,在测试过程中采取相应的技术手段，使测试系统的输出信号能够真实、准确地反映出被测对象的信息。这种测试称之为不失真测试。 设测试系统的输入为 ，若实现不失真测试，则该测试系统的输出 应满足 均为常数,不失真测量,此时，测试系统的输出波形精确地与输入波形相似，只是幅值放大 倍，相位产生了位移 ，如图4-20所示。,不失真测量,一般情况下，测试系统既有幅值失真又有相位失真。为此，只能尽量地采取一定的技术手段将波形失真控制在一定的误差范围之内。 在实际的测试过程中对输入信号进行前置处理，以减少或消除干扰信号，尽量提高信噪比。在选用和设计测试系统时，还要根据所需测试的信息内容来合理地选择恰当的参数。,2019/4/10,致谢,谢谢各位,
