HAGC系统动态特性研究分析

HAGC系统动态特性研究分析

摘要

三十多年前，高压液压伺服系统开始流行，模拟的基本分析工作，伺服系统也开始需要开发和研究，然而这些研究只集中在相对较轻的任务系统组成的一个伺服阀，用一个小的甚至零弹簧力，双作用液压缸。通常，这些系统低自然频率(5到20赫兹)、低阻尼比和低液压。

直到六七十年代伺服系统引入了重型计量的钢铁工业中。第一次使用是为了所谓的，不断的差距预应力磨机。最重要的发展是自申请已被引入了的闭环电液伺服控制系统。

然后，过去10年的快速发展，电子与建模技术的应用液压自动计量(HAGC)成为了一个需求为高质量的平轧制产品刺激的研究成果，进一步提高系统的效率和准确度。这些研究中大多数集中在系统设计上。

由于复杂的控制系统的复杂，简化了一个连轧机液压系统包括在内的整体控制模型，包括流量执法机构不能准确模拟实际的行为(例如,伺服阀、液压元件和气缸)。虽然该算法的基本原理的可以证明系统复杂性的，尤其在大模型的情况下，但它是无法评价性能的液压系统的设计。

提高AGC系统的未来取决于液压体系的计量器具，甚至与一个优秀的控制算法，不能完善没有响应速度快、稳定、液压系统。目前，在计量体系在文献中报道的液压系统的数学模型是不足的，特别是与复杂模型相比。

在最近的发展体系中，利用HAGC原理的长程液压缸是相互促进，共同发展的。然而，它可以被质疑的长冲程气缸反应一样好，而且在短冲程单元中所扮演的角色是单作用气缸两倍。这篇文章的目的是探讨液压系统的非线性效应,并比较各缸的设计性能，各使用一个位置和压力模式。

理论

保罗利用常微分方程的稳定性的影响，为一个单作用气缸研究出一套数学模型，来检验在不同压力线的长度。在其他文章里，拉普拉斯变换块被应用于定量比较各液压系统的设计。

在这篇文章中，常微分方程先来解释每个液压部件的物理意义，紧随其后的是生成一个状态矩阵方程。

一个HAGC系统示意图显示为双作用气缸三线一回的安排，如图1中所示。

形成一套完整的液压系统的六个动态元件为：

伺服阀

输电线路

液压缸

磨机(动力学、固有频率、模量和阻尼效应)

回流管线

传感器

控制功能，就好像机体的补偿，曾被认为是文学，并不包括在这篇文章里。

图1 液压控制系统

伺服阀

伺服阀有高度非线性。这是两个阶段的运动的试办阶段中遵循输入信号来驱

动力矩电机，转动时关闭或打开喷嘴，这又反过来建立了相应的压力去激励芯的第二阶段。位移量的创造开放，允许线轴高压流体通过。然后使用线轴为反馈，弹簧转矩平衡扭矩来输入电流。

可以从频率响应测试来预计伺服阀性能的好坏。因此，四通动力学，包括力矩电机，可以模拟证明二阶微分方程来试验频率均小于20赫兹的系统：

公式1

2

2

2C

S S S

C C I ξ

ωω+=。

。。

其中

C ——开放运动的伺服阀线轴；

C

I

——力矩电机输入信号；

S ω ——伺服阀固有频率；

S

ξ ——伺服阀阻尼系数。

车架的固有频率和阻尼系数可从伺服阀制造商频率响应测试中得到。输入电流采用误差反馈信号放大电流增益因子：

公式2

(

)

y

x

C

C

O

u u I K I

-=

其中

O

I

——伺服阀额定电流；

C

K

——电流增益放大系数；

x

u

——多种齿轮油磨机的传感器位移； y

u

——控制输入信号。

对压力方程模式操作类似于上述方程。

流量q 是与阀门开启度成正比的，也可由压差确定两个端口： 公式

3

O

q q =

其中

P ——伺服阀压力；

S

P ,t

P ——水箱压力；

P ?——压差；

S

P

-P > 0(伺服阀充电)；

P -t

P < 0(伺服阀放电)；

O

q

—— 伺服阀额定流量。

利用泰勒的扩张,忽视高阶条件的一部分,平方根方程(3)可线性化。然而,由于压力降的变化在每次变换线轴的位置,系统仍非线性。

输电线路

液压传动的动态特性,无法通过它简单的线路、耦合的微分方程来描述。这是一个分布式系统,因此,同时依赖于时间和空间。虽然偏微分方程,给出最佳逼近时,便产生了与其他动态组件匹配的滚动系统的困难。一个集总模型将液压油在输电线路作为一种控制音量。

因此,输电线路可表征用常微分方程而不是偏微分方程式来表征。使用的原则是质量和动量守恒定律,流量, q ,给出:

公式4

P P

a

e

q p

A L

q β

=+。

其中

P

A ——管线面积； P

L

——管道的长度；

a

q

——液压缸流量； e

β

——等效体变模量。

第二代表的流量取决于石油压缩。可从源自一个潜在的欧拉的压缩流的压降方程来得到公式:

公式5

p

a p

a

p

P a L q q

P R A

ρ-=+。

其中

a

P

——气缸压力； p

R

——压降系数；

ρ——油密度。

第一阶段惯性力的油来源于输电线路,第二阶段所代表的摩擦损失。通常情

况下,流体速度在管道很小(1中的顺序)和压力降的影响系数、

p R 的评估可以采用完全开发层流管道流动的摩擦损失方程。

等效体变模量,包括油体变模量、管道弹性模量和困气效果可以由下面公式计算出:

公式6

1

1

p

r

p

e

o

g

E t V d

β

β

β

=

=

+

其中

p

d ——管道内径

E ——管材的弹性模量

p

t

——管壁厚度

r

V

——被困气体体积比总液量

g

β

——气体体积量 o

β

——油体变量

油体变模量不是固定的,而是靠石油的压力(高压力下有了较大的体积量)。气体俘获发生时,不可避免,在操作和减速时的系统发生响应。检验是需要的,以确保良好的工作条件。

液压缸

气缸压力有四种主要的流动:缸泄漏流流动

a

q

,第一体积变化率

1

q

;压缩油

c

q

、活塞的运动速度v

q

。结合这些四个方面,钢瓶压力率a P 可以写为一个方程:

公式7

e

10

=[()]

a a

b a

a a x q x A K P P P V

A β

---+。

。

其中

a

A ——气缸面积 1

K

——泄漏流系数

b

P

——缸背压 0

V

——初始圆柱卷体积

x ——缸位移

x 。

——缸速度

缸位移 x 是一个术语,在非线性方程(7) 为分母。对于一个单作用气缸、

b P

不存在和泄漏流的术语

1

q

,是遗漏的方程。

在现代设计中,液压HAGC 系统保持尽可能地短(小于10英尺(3米))某些情况下,可忽略,直接安装在伺服阀到气缸。因此,由于管道压降和摩擦是可以忽略不计的。结合传输线方程(7)通过总结管道容积初始缸的体积。然而,这也将会忽视压力波传播时间和固有频率的输电线路。

磨动力学

看上去像一个旧磨动力学方程的基础上,制定受力平衡。有六个主要部分:下列方程的气缸力;惯性力;阻尼力;弹簧力;库仑摩擦力和磨机负荷。

公式8

+sgn(+)

a

a

b

b

c

x

M B Kx f

f x x x P A P A

-=++

。。。

。

其中

b

A

——缸区、背压边；

B ——米尔阻尼系数；

c

f

——库仑摩擦力； x

f

——轧制力；

K ——轧机弹性模量； M ——轧机动态行为质量。

轧制力可以延伸到连线与带钢变形过程、张力控制回路和传动控制系统,建立一套完整的计量模型。用带钢模量的概念效果器 x

f

可以重写为一个x 和合

并弹簧力的线性函数。在轧制力能参数

x

f

也起了一定的作用,在平衡力的初始

状态,以抵消卷重量和气缸压力的力量。

包括磨动力学的动态磨机房和卷。他们是连续介质、往往太大,无法估计整个磨机系统总质量。自从有了无限数量的动态模式,它很难直接评价质量和磨辊轧机阻尼系数。应用轧机弹性模量和磨机固有频率的影响, 间接为推导出磨机量

提供了一个更好的选择。

磨机固有频率

虽然磨机固有频率可以用锤子试得出，但很复杂。结果发现锤不能轻易激动模式的影响。然而,这是比较容易计算这些模式的有限元法(FEM)。

简化模型运用四自由度来模拟,整个轧机第一共振频率是125赫兹。在一项研究中,集只有顶层工作和备份卷,第一个自然频率,据报导,75.6 和79.7赫兹没有和对带钢赫兹磨坊去。一个典型的支承辊系统固有频率的测量是253赫兹,对频率有限元法计算226赫兹。在一个模型,只考虑（四辊的辊堆栈）,第一阶固有频率被发现84.5赫兹。在另一个模型,认为其中一个磨机住房和采用梁元素来实现的,据报道轮挡代表最低的固有频率为17.5赫兹。虽然模型之间的差异大,结果显示以下广泛的固有频率及其相关的米尔:支承辊辊200到250赫兹;堆栈,70 至120赫兹；磨机系统20至150赫兹。研究结果还显示,较低的频率就越可能成为模型包括更多机器零件的制造和销售。此外,自然频率是影响带钢的强度的因素。

作者和同事所做的一个完整的有限元法对磨机的动态特性模拟 (图2)。该模型综合考虑两个磨箱,一卷采用弹簧单元堆叠、梁元素、二维壳单元和管道的元素。梁元素、壳单元和管道随身携带相应元素的质量，弹簧单元是不考虑的。元素是用于模拟梁、壳单元来实现的。元素代表了管道螺丝,垫片及其他小或简单的机器零件的制造和销售。包含弹簧单元的动态活动基本特徵对轧辊界面。因为卷，有八个广义质量元素对于工作和轮档。该模型基于ANSYS有限元软件包。第一阶没有对带钢轧机固有频率是64赫兹。讨论中获得的额外信息模型,如振型,超出这篇文章的范围。

图2轧机动力学的有限元分析模型

轧机弹性模量

根据轧机的设计和液压缸工作冲程，轧机弹性模量约为25至35万磅\输入。它会随工作冲程钢瓶的增加(图3)。例如,一个5\输入中风弱化了轧机模量近30%。一个简单的弹簧常数计算相结合的两个弹簧系列提供了一个良好的近似值,产生这个效果:

图3 直径液压缸密尔模量32输入影响工作公式9

11

e m O L A

M M β

==

其中

A——缸高压侧面积,

L——缸工作冲程

m

M——轧机弹性模量

O

M——轧机零营运中弹性模量

自从石油工作冲程被认为是在动态方程在这项研究中,一个刚性轧机零营运弹性模量已被采纳。计算出轧机使用质量的轧机固有频率(64赫兹)和轧机弹性模量(假定3000万磅\输入)。它被揭开等效磨机质量是35.8吨，随后在研究中使用。

磨阻尼因子

磨坊阻尼力的产生是力量互动的工作辊。据报道的长度弧形的接触中发挥关键作用来确定阻尼力。当辊子的移动,长度的增加和向下分离变得更大,这样阻碍了辊,反之亦然。基于这一机制的波动和弧接触长度为工作辊制定的旋转角速度条件和交货的厚度。阻尼力D 推导得到了接触长度:

公式10

p

SW

D ω

=

其中

S ——输出端的屈服应力 W ——带钢宽度

p

ω

——工作辊旋转角速度,弧度\ s

在冷轧中,更高的旋转角速度阻尼力会减小更多的应力,相反会趋于增加阻

尼力。

Pawelski 还发现, 作为一个非线性阻尼元件看上去像一个旧磨辊缝,阻尼力是一个带钢速度和强度的函数 (图4)。展示中，轧制力变化对1号和5号轧机轧制速度从 1200到1800米\分钟,工作辊位移连续滞回圈。第五较低站的滞环和较小的力扰动。在这两种情况下,面积由封闭的磁滞回线,这是每个周期的能量耗散,增加了大约70%降低轧制速度从1800到1200米\分钟。提供一个更大站1阻尼力和一样较低的轧机速度。然而根据方程(10)，由于表面硬化处理，5号站有较高的屈服应力,它应该有一个更高的阻尼因子确定接触长度须要考虑。基于这些研究结果，较厚的条状将有助于稳定系统。

图4 轧机速度和功能材料的磨阻尼力强度

轧制过程的阻尼行为是非线性的,速度有依赖性、材料特性和几何敏感。利用方程(10)计算阻尼因子仅仅是为50\输入. 0.15宽钢带在3000fpm屈服应力和50\输入。因此价值变化以来，本研究利用零阻尼因子在评价系统非线性和假定0,0.5和1.0阻尼因子之间的性能来比较单一的坯料双向气瓶。

回流管线

如图1中所示,有三种不同的电路设计包括一个双作用气缸。第一类是连接低压一侧的液压油缸和调压阀箱和低压泵通常停顿来保持背压。在第二种形式的设计中，回流管线连接伺服阀也用于高压线路。四通道伺服阀都可以用在这个设计。第三类是连接的一项独立的伺服阀回流管线。

自从两伺服阀用于第三类设计,液压缸可以通过两伺服阀预应力来调整。通常,一个阀门运行在一个位置模式建立辊缝与运行在一个加压方式的其他阀门来确定气缸压力。因此,石油是在压缩状态和油体变模量时达到了最大值。轧机会有轧制负荷，伺服阀返回侧转移到一个完整的无所谓位置，这样整个系统成为第

一种类型的设计。这是特别有用的，一个大规模的板厂减少使用长冲程气缸。

第二种设计型由于密封的摩擦力预计将高于用单作用汽缸，在两边钢瓶的地方要求高压密封。同时,由于4个端口被使用,具有相同的开放,

将的单作用气缸的只运用三个港口。

第一种设计是最简单的涉及双作用汽缸。自从它连接到坦克，运行在一个低的压力范围内,流体在管道成一个非压缩流。利用连续性方程连同伯努利方程，背压的计算圆柱体可以表示为:

公式11

+b b

bo

r

r

r

A

x x

P P L R A ρ=+。。

。

其中

r

A ——返回线截面积 r

L ——回报线路总长度 bo

P ——最初的背压

r

R ——压降系数

r

R

是一个常数,计算出下面的公式:

公式12

2=8b r

rp

r

A R L

A

πμ

其中

rp

L

——降压力管道长度

μ ——流体动力黏度

在湍流流动案件中,

r

R

成为一个函数的变量x 非线性方程。计算表明,大多

数的步骤和频率响应测试用例,甚至实时操作，经验层流的流动的回流管线。这种以相似的方式除了一个可因退货线的控阻尼因子，来运作单作用气缸,。

传感器

该传感器通常是一个一阶微分方程来模拟。既有位置的方程，并且和压力传感器是类似的:

公式13位置模型+x x x

x

u T u =。

公式14压力模型

+p

p

p

p u u T =。

其中

p

T

——压力传感器的时间常数

x

T

——位置传感器的时间常数 p

u

——压力传感器压力信号 x

u

——位置传感器位置信号

状态矩阵、数值解法

液压系统的完整的方程组形成的基础上,结合方程进行分析(方程式1-14)。对于一个完整性能评价仪的控制系统,也许有必要考虑不仅是液压系统中所讨论的这篇文章也驱动系统响应，张力控制回路,监管机构和轧制动态、磨机之间的相互关系。然而,这是这篇文章的研究范围之外。唯一的液压系统不是个体磨机讨论。

系统有为六个状态直接安装伺服阀和八个状态压力线。非线性帮助解决每个变量的稳定性。很容易地从这些方程式建立了状态矩阵,不会被重申了这里。一个计算机程序的线性和非线性系统对双方都产生了状态矩阵,利用四阶龙格库塔方法。在书房里被设定时间0.5区间。公司由完整的体系，利用计算软件包矩阵，线性解的一些特别的频率响应。

组成特点

伺服阀饱和

伺服阀生产表明,一个特大型伺服阀将减缓系统的响应速度,因为它有一个更大的时间常数。另一方面,一个减少伺服阀将差点的反应饱和流量。有或没有伺服阀饱和溶液中显示的是图。固体的线条分别表示线性和非线性的解决方案。虽然线性和非线性的结果都是类似的小阶跃，输入少于10英里不是因为伺服阀饱和, 引起其它的非线性因素的影响存在明显差异。10英里一阶跃输入的伺服阀就饱和。较大的输入,例如,15英里的地方, 其流动速率将会产生大的差异。伺服阀饱和的影响, 在图5举例说明了其响应时间。对阶跃输入时间常数的1、5、10、15英里的地方, 分别是18.7 18.8 192和25.1 ms 。

图5 伺服阀流量为1,5,10和15的阶跃输入

图6 饱和非线性的伺服阀对系统1,5,10和15阶跃输入的响应时间

对于一种完全线性系统，时间常数应该是相同的,即18.7毫秒。对于一个小型阶跃输入,系统运行结果几乎是线性,然而,一个大的输入响应和伺服阀浸透的恶化。

ib in,阶跃输入10-mil相当于30万磅是看上去像一个旧磨模量为3000万\

一种分离力的6.7%的450万磅。因此,如果他在设置的计算误差超过了AGC系统响应6.7%),由于伺服阀饱和度，会较为缓慢。

使用两个较小的尺寸,一个为伺服阀稳态、另一个为瞬态可能会利用快速反应没有伺服阀饱和度。

伺服阀流量和压降

流量也正比与压降的平方根。根据气缸压力、供应压力和槽罐的压力,压力降对收费及倾销的条件的影响是不同的。坦克的压力,如果忽视钢瓶压力是供应压力的一半,然后这两种压降情况是一样的。然而,如果钢瓶压力大于供应压力的一半,压降较小的充电状态比倾倒状态,反之亦然。这一现象,在图7和8举例说明。一个方波响应与缸的压力是获得1000,2250，3500 psi和一个4500 psi,供应压力(图7)。这种性能表明,越高越慢的汽缸压力的反应是,以扩大缸(或可伸缩的磨坊)和更快的钢瓶的崩溃。为3500 psi的响应曲线在缸扩展过程几乎是相同,在缸崩溃过程1000 psi。时间常数对于扩张和塌陷的相同的压力,这是2250

psi供应压力的一半。

图7 非线性时间气缸压力的阶跃响应

发生的频率响应也有类似的现象 (图.8)。气缸压力、最高的反应,有3500 psi的扩散, 崩溃在最差的最好的反应期间。振幅比的实时的响应曲线,到输入信号为1000, 2250和3500 psi分别是0.768，0.841和0.768,。一种压力与这两种情况产生的平等2250si,给出了反应的最佳振幅比率。都偏低,高压病例显示相同的低振幅比率。这意味着,一个更好的响应保证等同于一般的反应。满足缸体执行机构的崩溃过程，达到这一目标最简单的方法是添加额外获得的事实,

它的平方根是压差比,())

s t

P P

P P

--

。

图8 气缸压力非线性影响的频率响应

缸位移

另一个非线性项是缸位移，在方程(7)。它扩展了高压面的体积来容纳更多的石油和放松气缸压力。(无线性和非线性性能,结合钢瓶分别为一步的位移信号)，1，5和8mils，如图9和10。为确保阀门饱和, 目前使用的一个80-gpm 没有收获为1.5 伺服阀。圆筒位移的影响几乎是零对小信号的1和5毫升和因为大信号英里的速度,如图8影响压力直接由缸位移根据方程(7)。所有线性结果有高频振荡(1000赫兹)和一个更大的非线性振幅比。抚平压力增量缸位移的差异,但不产生位移响应。自从密切、位移反应的术语退出方程(7)。

图9 气缸排量为1，5和8阶跃输入线性和非线性效应对对应的阶跃响应

图10 气缸排量为1，5和8输入线性和非线性效应对对应的阶跃响应

非线性条款已经在前面做了讨论,从而无关紧要消除了,线性化如果可能的话,通过加入一个控制块。这些输入信号是小的，非线性元素的影响是很小的。伺服阀凹凸不平的反应才能纠正的额外增加增益放大器。为方便起见,随后的讨论基于一项是小样本量的信号输入,只有线性结果将被考虑。

压力线长

压力线长度是最重要的因素之一的时间越长,影响反应;HAGC压力反应线的速度就越慢的。伺服阀直接安装在气缸压力AGC能够完全消除线,因此,提高系统的响应速度。压力线的有效性检查油量从三个方面来看:管道的，固有频率的输电线路,出行时间的压力。

就像之前提到的一样,如果管线长度足够小,忽视压力降的摩擦, 管道的油量可以被认为是部分对气缸的体积。在此基础上研究图11简化假设分析比较两种情况下的阶跃响应的时代:零管长度(直接);并且,20-ft安装管长度。前部分的图表显示了几乎没有差异在圆柱体的位移差，为获得因素的2号和8。气缸压力、显示在底部的插图,展品凹凸不平的响应20-ft管长度在瞬态

图11 气缸缸位移的安装为2和8的增益因子的影响自然的谐振频率和阻尼系数传输线方程可以衍生结合(四)、(五)

公式

15

1ω=

公式

16

1A ξ=

其中

检测系统的基本特性

第２章 检测系统的基本特性 2.1 检测系统的静态特性及指标 2.1.1检测系统的静态特性 一、静态测量和静态特性 静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变（即dx/dt=0系统处于稳定状态）时的测量。 静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输出－输入特性。 n n x a x a x a x a a y +++++= 332210 例如：理想的线性检测系统： x a y 1= 如图2-1-1(a)所示 带有零位值的线性检测系统：x a a y 10+= 如图2-1-1(b)所示 二、静态特性的校准（标定）条件――静态标准条件。 2.1.2检测系统的静态性能指标 一、测量范围和量程 1、 测量范围：（x min ，x max ） x min ――检测系统所能测量到的最小被测输入量（下限） x max ――检测系统所能测量到的最大被测输入量（上限）。 2、量程： min max x x L -= 二、灵敏度S dx dy x y S x =??=→?)( lim 0 串接系统的总灵敏度为各组成环节灵敏度的连乘积 321S S S S = 三、分辨力与分辨率 1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量min x ?。 2、分辨率：全量程中最大的min x ?即min max x ?与满量程L 之比的百分数。 四、精度（见第三章） 五、线性度e L max .. 100%L L F S e y ?=± ? max L ?――检测系统实际测得的输出－输入特性曲线（称为标定曲线）与其拟合直线之

间的最大偏差 ..S F y ――满量程（F.S.）输出 注意：线性度和直线拟合方法有关。 最常用的求解拟合直线的方法：端点法 最小二乘法 图2-1-3线性度 a.端基线性度； b.最小二乘线性度 四、迟滞e H %100. .max ??= S F H y H e 回程误差――检测系统的输入量由小增大（正行程），继而自大减小（反行程）的测试 过程中，对应于同一输入量，输出量的差值。 ΔHmax ――输出值在正反行程的最大差值即回程误差最大值。 迟滞特性 五、稳定性与漂移 稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的变化而出 现缓慢变化的程度。 时漂： 在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时间变化的现象。 温漂： 随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵敏度温漂）。 2.2 检测系统的动态特性及指标 动态测量：测量过程中被测量随时间变化时的测量。 动态特性――检测系统动态测量时的输出－输入特性。 常用实验的方法： 频率响应分析法――以正弦信号作为系统的输入；

半导体激光器系统的动态特性研究资料

山西大学 物理电子工程学院实验论文 半导体激光器稳频系统的动态特性研究 学院：物理电子工程学院 专业：光信息科学与技术 导师：王彦华 姓名：杜小娇任思宇 学号：2013274002 20132740

半导体激光器稳频系统的动态特性研究 摘要：本实验在现代社会中自动控制系统技术的启发下，考虑到目前激光技术的发展前景广阔，应用也比较广泛，决定将用类似的方法研究激光器稳频系统的动态特性。在闭环系统中通过不同干扰信号的扰动，观察整个系统的响应，最终得到传递函数，进而分析出该系统的幅频和相频特性。关键字：激光器稳频系统干扰信号传递函数幅频特性相频特性 （一）引言 提高激光器系统稳定性在激光技术、超精密加工、测量设备量子信息等诸多科技前沿领域有着举足轻重的地位。影响激光系统稳定性的因素有很多，例如激光器、气压、震动等。如果激光器系统的稳定性提高到十几个小时乃至更高，那么对于恶劣环境的干扰就可以得以消除，更有利于实验的进行。对于激光器稳定性的研究更显得尤为重要，在激光器输出功率稳定性[1-2]的系统中，都实现了激光器输出功率的长期稳定性。在山西大学[3-6]也有很多实验需要建立在稳定系统来进一步发展。二阶闭环系统稳定的研究过程中针对信号及信号处理[7-8]已经有了较为成熟的一系列体系。因此，结合自动控制理论研究激光器系统及其动态响应，以实验结果为依据，对特定环境下激光器的结构设计的优化以及环路的参数的确定和调试，进行数学建模，从而提供更科学的处理方案，并给出一些的针对性的建议是非常重要的研究工作。 （二）实验原理 2.1半导体激光器（ECDL） 激光器的种类很多，分类的依据也有很多。其中根据其增益介质的不同可分为气体激光器、固体激光器、光纤激光器、染料激光器以及半导体激光器。半导体激光器因其结构紧凑、操作简单、便于集成、价格低廉、功耗低、工作波长范围大等优点而被广泛应用于冷原子物理、量子操控等前沿研究和高分辨率光谱，高精度测量很多技术领域。因此实验中将对半导体激光器稳定性进行了研究与分析。 我们在实验中为了更好控制半导体中发光二极管发出的光经谐振腔不断放大后发射出激光的不同模式，采用了光栅反馈式选模。光栅对激光有色散的作用，进而不同波长的波可以清楚辨别，通过调节光栅的角度，进而可以实现不同频率的激光反馈回激光器中。

测试系统的特性

第4章测试系统的特性 一般测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。测试过程中传感器将反映被测对象特性的物理量（如压力、加速度、温度等）检出并转换为电信号，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对电信号用硬件电路进行处理或经A/D变成数字量，再将结果以电信号或数字信号的方式传输给显示记录装置；最后由显示记录装置将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。测试系统见图4-1所示。 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中每个环节又可由多个模块组成。例如，图4-2所示的机床轴承故障监测系统中的中间变换装置就由带通滤波器、A/D变换器和快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，简称FFT）分析软件三部分组成。测试系统中传感器为振动加速度计，它将机床轴承振动信号转换为电信号；带通滤波器用于滤除传感器测量信号中的高、低频干扰信号和对信号进行放大，A/D变换器用于对放大后的测量信号进行采样，将其转换为数字量；FFT分析软件则对转换后的数字信号进行快速傅里叶变换，计算出信号的频谱；最后由计算机显示器对频谱进行显示。 要实现测试，一个测试系统必须可靠、不失真。因此，本章将讨论测试系统及其输入、输出的关系，以及测试系统不失真的条件。 图4-1 测试系统简图 图4-2 轴承振动信号的测试系统

4.1 线性系统及其基本性质 机械测试的实质是研究被测机械的信号)(t x （激励）、测试系统的特性)(t h 和测试结果)(t y （响应）三者之间的关系，可用图4-3表示。 )(t x )(t y )(t h 图4-3 测试系统与输入和输出的关系 它有三个方面的含义： （1）如果输入)(t x 和输出)(t y 可测，则可以推断测试系统的特性)(t h ； （2）如果测试系统特性)(t h 已知，输出)(t y 可测，则可以推导出相应的输入)(t x ； （3）如果输入)(t x 和系统特性)(t h 已知，则可以推断或估计系统的输出)(t y 。 这里所说的测试系统，广义上是指从设备的某一激励输入（输入环节）到检测输出量的那个环节（输出环节）之间的整个系统，一般包括被测设备和测量装置两部分。所以只有首先确知测量装置的特性，才能从测量结果中正确评价被测设备的特性或运行状态。 理想的测试装置应具有单值的、确定的输入/输出关系，并且最好为线性关系。由于在静态测量中校正和补偿技术易于实现，这种线性关系不是必须的（但是希望的）；而在动态测量中，测试装置则应力求是线性系统，原因主要有两方面：一是目前对线性系统的数学处理和分析方法比较完善；二是动态测量中的非线性校正比较困难。但对许多实际的机械信号测试装置而言，不可能在很大的工作范围内全部保持线性，只能在一定的工作范围和误差允许范围内当作线性系统来处理。 线性系统输入)(t x 和输出)(t y 之间的关系可以用式（4-1）来描述 )()(...)()()()(...)()(0111101111t x b dt t dx b dt t x d b dt t x d b t y a dt t dy a dt t y d a dt t y d a m m m m m m n n n n n n ++++=++++------ （4-1） 当n a ，1-n a ，…，0a 和m b ，1-m b ，…，0b 均为常数时，式（4-1）描述的就是线性系统，也称为时不变线性系统，它有以下主要基本性质： （1）叠加性 若 )()(11t y t x →，)()(22t y t x →，则有

第三章 测试系统的基本特性

第三章 测试系统的基本特性 （一）填空题 1、某一阶系统的频率响应函数为1 21)(+= ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为= ω，幅值= y ，相位= φ。 2、试求传递函数分别为5.05.35 .1+s 和2 22 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统 的总灵敏度。为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有、 和 。 3、当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y ?=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。4、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的越小。5、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数 2、从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。（1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性 为 。 （1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q +（3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）) ()(21ωωQ Q ?4、一阶系统的阶跃响应中，超调量 。 （1）存在，但<5％（2）存在，但<1（3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、忽略质量的单自由度振动系统是 系统。（1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6、一阶系统的动态特性参数是 。 （1）固有频率 （2）线性度 (3)时间常数（4）阻尼比 7、用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值 倍所经过的

检测系统的静态特性和动态特性

检测系统的静态特性和动态特性 检测系统的基本特性一般分为两类：静态特性和动态特性。这是因为被测参量的变化大致可分为两种情况，一种是被测参量基本不变或变化很缓慢的情况，即所谓“准静态量”。此时，可用检测系统的一系列静态参数（静态特性）来对这类“准静态量”的测量结果进行表示、分析和处理。另一种是被测参量变化很快的情况，它必然要求检测系统的响应更为迅速，此时，应用检测系统的一系列动态参数（动态特性）来对这类“动态量”测量结果进行表示、分析和处理。 研究和分析检测系统的基本特性，主要有以下三个方面的用途。 第一，通过检测系统的已知基本特性，由测量结果推知被测参量的准确值；这也是检测系统对被测参量进行通常的测量过程。 第二，对多环节构成的较复杂的检测系统进行测量结果及（综合）不确定度的分析，即根据该检测系统各组成环节的已知基本特性，按照已知输入信号的流向，逐级推断和分析各环节输出信号及其不确定度。 第三，根据测量得到的（输出）结果和已知输入信号，推断和分析出检测系统的基本特性。这主要用于该检测系统

的设计、研制和改进、优化，以及对无法获得更好性能的同类检测系统和未完全达到所需测量精度的重要检测项目进行深入分析、研究。 通常把被测参量作为检测系统的输入（亦称为激励）信号，而把检测系统的输出信号称为响应。由此，我们就可以把整个检测系统看成一个信息通道来进行分析。理想的信息通道应能不失真地传输各种激励信号。通过对检测系统在各种激励信号下的响应的分析，可以推断、评价该检测系统的基本特性与主要技术指标。 一般情况下，检测系统的静态特性与动态特性是相互关联的，检测系统的静态特性也会影响到动态条件下的测量。但为叙述方便和使问题简化，便于分析讨论，通常把静态特性与动态特性分开讨论，把造成动态误差的非线性因素作为静态特性处理，而在列运动方程时，忽略非线性因素，简化为线性微分方程。这样可使许多非常复杂的非线性工程测量问题大大简化，虽然会因此而增加一定的误差，但是绝大多数情况下此项误差与测量结果中含有的其他误差相比都是可以忽略的。

系统动态特性分析

系统动态特性分析。 （1）时域响应解析算法――部分分式展开法。 用拉氏变换法求系统的单位阶跃响应，可直接得出输出c(t)随时间t 变化的规律，对于高阶系统，输出的拉氏变换象函数为： s den num s s G s C 11)()(?=? = （21） 对函数c(s)进行部分分式展开，我们可以用num,[den,0]来表示c(s)的分子和分母。 例 15 给定系统的传递函数： 24 50351024 247)(23423+++++++=s s s s s s s s G 用以下命令对 s s G ) (进行部分分式展开。 >> num=[1,7,24,24] den=[1,10,35,50,24] [r,p,k]=residue(num,[den,0]) 输出结果为 r= p= k= -1.0000 -4.0000 [ ] 2.0000 -3.0000 -1.0000 -2.0000 -1.0000 -1.0000 1.0000 0 输出函数c(s)为： 01 11213241)(+++-+-+++-= s s s s s s C 拉氏变换得： 12)(234+--+-=----t t t t e e e e t c （2）单位阶跃响应的求法： 控制系统工具箱中给出了一个函数step()来直接求取线性系统的阶跃响应，如果已知传递函数为： den num s G = )( 则该函数可有以下几种调用格式： step(num,den) (22) step(num,den,t) (23) 或 step(G) (24) step(G,t) (25) 该函数将绘制出系统在单位阶跃输入条件下的动态响应图，同时给出稳态值。对于式23和25，t 为图像显示的时间长度，是用户指定的时间向量。式22和24的显示时间由系统根据输出曲线的形状自行设定。

机电系统概述

机电控制技术综述 机电控制是在以大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高速发展并逐步向传统机械工业渗透的过程中形成的新概念。机电可能告知实现了机械技术与微电子，信息，软件等技术的有机结合，及大地扩展了机械系统的发展空间。 1.机电控制系统的发展历史 大体上可以分为三个阶段： a 20世纪60年代以前为第一阶段，第一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子结束的结合。那时，胭脂盒开发总体上看来处于自发状态。由于但是电子技术的发展尚未达到一定的水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。 b 20世纪70-80年代为第二阶段，可称为机电控制技术蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术，控制技术，通信技术的发展，为机电控制技术的发展奠定了技术基础。大规模，超规模集成电路和微型计算机的出现，为机电控制技术的发展提供了充分的物质基础。大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电控制技术和产品得到极大的发展；各国均开始对机电控制技术和产品给予很大的关注和支持。 C 20世纪90年代为后期，开始了机电控制技术向智能化方向买进的新阶段，机电控制技术进入深入发展时期。一方面，光学，通信技术等进入机电控制技术，微细加工技术也加入机电控制技术中崭露头脚，出现了光机电控制技术和为机电控制技术等分支；另一方面，对机电控制系统的建模设计，分析和集成设计，机电控制技术的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，人工智能技术，神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电控制技术开辟了发展的广阔天地。 随着相关技术的发展，机电控制技术将向着智能化，网络化一体化方向发展。典型的系统如数控加工中心，数控机床，工业机器人。物料自动传输与识别系统等，以及以这些系统为基础二主城的更大更复杂的系统如柔性制造系统（FMS），计算机集成制造系统（CIMS）等现代制造系统。 纵观国内外机电控制技术的发展现况和高新技术的发展方向，机电控制技术吵着这几个方向发展：绿色化智能化网络化微型化模块化。 2.机电控制系统的基本要素 常见的机电控制系统应包括机械本体、传动装置、检测传感部分、执行装置、驱动部分、控制和信息处理单元及接口等基本要索。 2.1机械本体 机械本体是机电控制系统所有功能元素的机械支持部分，包括机身、框架和机械连接等。 2.2传动装置 传动装置的主要功能是传递转矩和转速，因此,除要求具有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性。常用的传动装置包括齿轮传动装置、带传动装置、链传动装置、挠性传动装置、间歓传动装置和轴系传动装置等。

简支梁振动系统动态特性综合测试方法分析

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。清零后开始采集数据。 ③测量 打开DH1301扫频信号源的电源开关，调节输出电压，注意不要过载，手动调节输出信号的频率，从0开始调节，当简支梁产生振动，且振动量最大时（共振），保持该频率一段时间，记录下此时信号源显示的频率，即为简支梁振动固有频率。继续增大频率可得到高阶振动频率。

机电系统组成原理

第一次形成作业答案 使用的教材：见学校说明。 作业必须手写（做答案）不能用计算机打印 名词解释 1机电一体化：从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2机械传动：是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置,是一种扭矩和转速的变换器,其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配,并可通过机构变换实现对输出的速度调节。 3总线：为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。 4故障覆盖率：即被检测的故障数与所有检测的故障数之比的百分数表示，又称为故障被测度。 5压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去 掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。 6三相六拍工作方式：每转换六次为一循环，各拍交替出现单双相通电的模式,定子绕组通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A。 7位置随动系统：位置输出量以一定的精度复现输入量变化的自动控制系统，称为位置随动系统，也称为伺服系统。 8“浴盆”曲线：实质上是一条瞬变故障曲线，它描述了机电一体化系统瞬时故障随时间变化的关系。 9 FMS系统：即柔性制造系统，是以数控机床为基础发展起来的一种高效率、多品种、小批量生产系统。一般来说，一个典型的 FMS 主要由四个子系统组成。它们是：自动加工系统、刀具系统物流系统以及控制与管理系统。 10 D/A转换器：即数字－模拟信号转换器，其功能是将计算机输出的数字信号转换为模拟的电压信号。 填空题 1机电一体化系统的基本组成要素有（1），（2），（3），（4），（5）。（结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素）

测试系统的基本特性

第4章测试系统的基本特性 4．1 知识要点 4.1.1测试系统概述及其主要性质 1.什么叫线性时不变系统？ 设系统的输入为x (t )、输出为y (t )，则高阶线性测量系统可用高阶、齐次、常系数微分方程来描述： )(d )(d d )(d d )(d 01111t y a t t y a t t y a t t y a n n n n n n ++++--- )(d )(d d )(d d )(d 01111t x b t t x b t t x b t t x b m m m m m m ++++=--- （4-1） 式（4-1）中，a n 、a n -1、…、a 0和b m 、b m -1、…、b 0是常数，与测量系统的结构特性、输入状况和测试点的分布等因素有关。这种系统其内部参数不随时间变化而变化，称之为时不变（或称定常）系统。既是线性的又是时不变的系统叫做线性时不变系统。 2.线性时不变系统具有哪些主要性质？ （1）叠加性与比例性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和。 （2）微分性质：系统对输入微分的响应，等同于对原输入响应的微分。 （3）积分性质：当初始条件为零时，系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。 （4）频率不变性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。 4.1.2测试系统的静态特性 1.什么叫标定和静态标定？采用什么方法进行静态标定？标定有何作用？标定的步骤有哪些？ 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程。 静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。 静态标定方法：在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点），从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值（称标定的正行程），然后再倒序由高至低依次输入预定的标定值，直至返回零点（称标定的反行程），并按要求将以上操作重复若干次，记录下相应的响应－激励关系。 标定的主要作用是：确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度

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)。

哈工大机电系统控制第三章答案

3-1 题图3-1所示的阻容网络中，i ()[1()1(30)](V)u t t t =--。当t =4s 时，输出o () u t 值为多 少？当t 为30s 时，输出u o (t )又约为多少？ 解：661(s)111 1(s)1110410141o i U sC U RCs s R sC -====+???+++ (4)0.632(V)o u ≈，(30)1(V) o u ≈ 3-2 某系统传递函数为2 1 ()56 s s s s +Φ= ++，试求其单位脉冲响应函数。 解： 2(s)112 (s)5623o i X s X s s s s +-==+++++ 其单位脉冲响应函数为 23(t)(e 2e )1() t t x t δ--=-+? 3-3 某网络如图3-3所示，当t ≤0-时，开关与触点1接触；当t ≥0+时，开关与触点2接触。 试求输出响应表达式，并画出输出响应曲线。 1V 题图3-1 题图3-3 解： 1(s)1 1(s)2121 ()o i R U RCs s sC U RCs s R R sC + +===++++ 01(t)1(2)1()(V)i i i u u u t =+=+-? 1111212 (s)(s)121212 o i s s U U s s s s s ++-= ==-+++ 则

2 1(t)(e 2)1()(V) t o u t - =-? 12 01(t)1(e 2)1()(V) o o o u u u t -=+=+-? 其输出响应曲线如图3-3所示 图3-3 题图3-4 3-4 题图3-4所示系统中，若忽略小的时间常数，可认为 1d 0.5()d y B s x -=?。其中，ΔB 为阀芯位移，单位为cm ，令a =b （ΔB 在堵死油路时为零）。 (1) 试画出系统函数方块图，并求 (s) (s) Y X 。 (2) 当i ()[0.51()0.51(4)1(40)]cm x t t t s t s =?+?---时，试求t =0s,4s,8s,40s,400s 时的y (t )值，()B ?∞为多少？ (3) 试画出x (t )和y (t )的波形。 解：（1）依题意可画出如图3-4所示的系统函数方块图， 图3-4-1 则

实验二-二阶系统的动态特性与稳定性分析

实验二-二阶系统的动态特性与稳定性分析

自动控制原理 实验报告 实验名称：二阶系统的动态特性与稳定性分析班级： 姓名： 学号：

实验二二阶系统的动态特性与稳定性分析 一、实验目的 1、掌握二阶系统的电路模拟方法及其动态性能指标的测试技术过阻尼、临界阻尼、欠阻尼状态 ）对系统动态2、分析二阶系统特征参量（ξ ω， n 性能的影响； 3、分析系统参数变化对系统稳定性的影响，加深理解“线性系统稳定性至于其结构和参数有关，与外作用无关”的性质； 4、了解掌握典型三阶系统的稳定状态、临界稳定、不稳定状态； 5、学习二阶控制系统及其阶跃响应的Matlab 仿真和simulink实现方法。 二、实验内容 1、构成各二阶控制系统模拟电路，计算传递函数，明确各参数物理意义。 2、用Matlab和simulink仿真，分析其阶跃响应动态性能，得出性能指标。 3、搭建典型二阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、

峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型二阶系统动态性能和稳定性的影响； 4、 搭建典型三阶系统，观测各个参数下的阶跃响应曲线，并记录阶跃响应曲线的超调量%σ、峰值时间tp 以及调节时间ts ，研究其参数变化对典型三阶系统动态性能和稳定性的影响； 5、 将软件仿真结果与模拟电路观测的结果做比较。 三、实验步骤 1、 二阶系统的模拟电路实现原理 将二阶系统： ωωξω2 2)(22 n n s G s s n ++= 可分解为一个比例环节，一个惯性环节和一个积分环节 ωωξω221)() ()()(2C C C C s C C 2 22 6215423 2 15423 2 2154215426316 320 n n s s s s s G s s s C R R R R R R R R R R R R C R R R R R R R R R U U n i ++= ++=++== 2、 研究特征参量ξ对二阶系统性能的影响 将二阶系统固有频率5 .12n =ω 保持不变，测试阻尼

第3章测试系统的动态特性与数据处理

信号与测试技术
第3章 测试系统的动态特性与数据处理 北航 自动化科学与电气工程学院 检测技术与自动化工程系 闫 蓓
yanbei@https://www.wendangku.net/doc/ed11817843.html,

第3章 学习要求
1、测试系统动态特性的定义及描述方法 2、如何获取测试系统的动态特性 3、掌握主要动态性能指标 时域指标、频域指标 4、掌握动态模型的建立（动态标定） 由阶跃响应获取传递函数的回归分析法 由频率特性获取传递函数的回归分析法
2014/3/14
信号与测试技术
2

第3章 测试系统的动态特性与数据处理 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 测试系统的动态特性的一般描述 测试系统时域动态性能指标与回归分析方法 测试系统频域动态性能指标与回归分析方法 测试系统不失真测试条件 测试系统负载效应及抗干扰特性
第3章小结 第3章作业
2014/3/14
信号与测试技术
3

3.1 测试系统的动态特性的一般描述 1. 动态特性的定义 测试系统进行动态测量过程中的特性。 输入量和输出量随时间迅速变化时，输出与输入之 间的关系，可用微分方程表示。
y (t ) 误差 e(t ) = ? x (t ) A
瞬态误差 稳态误差 时域特性 频域特性
2014/3/14
温 度 测 量
阶跃 冲激 正弦 一阶系统 二阶系统
心电参数测量
信号与测试技术
G (ω ) ? (ω )
振动位移测量
4

3.1 测试系统的动态特性的一般描述 2. 测试系统的动态特性方程 n 微分方程 传递函数 频响函数 状态方程 一阶系统 二阶系统
2014/3/14
x(t ) ? y (t )
X ( s) ? Y ( s)
d i y (t ) m d j x(t ) = ∑ bj ai ∑ i j d t d t i =0 j =0
1 1 G( s) = G( s) = 2 2 s 2 s + + ζ ω ω n n n Ts + 1
X ( jω ) ? Y ( jω ) G ( jω ) = Y ( jω ) = 输出傅立叶变换
X ( jω )
输入傅立叶变换
X = AX + BU
时域特性 频域特性
y (t ) = L?1 [G ( s ) X ( s ) ]
G ( jω ) ? ( jω )
信号与测试技术 5

《机电一体化系统设计》复习题

《机电一体化系统设计》复习大纲 第一章概论 本章知识要点： 1. 机电一体化系统的基本概念：系统、机电一体化、机电一体化系统和系统的数学模型 2. 典型机电一体化系统的几种形式：机械关节伺服系统、数控机床、工业机器人、自动引导车、顺序控制系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统、微机电系统 3. 典型机电一体化系统功能模块的构成：机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微计算机模块、软件模块、接口模块 4. 典型机电一体化系统组成模块的作用 5. 机电一体化系统设计依据与评价标准 6. 机电一体化系统的设计过程 第二章机械受控模块（重点章节） 本章知识要点： 1. 齿轮的分类及选用 2. 齿轮系传动比最佳分配条件及最小等效转动惯量原则 3. 齿轮副间隙的消除方法 4. 滚珠丝杠螺母副的结构类型 5. 滚珠丝杠螺母副间隙的消除及预紧方法 6. 滚珠丝杠螺母副的支撑形式 7. 谐波齿轮减速器的工作原理及结构 8. 谐波齿轮的传动特点 9. 谐波齿轮传动速比的计算 10. 轴系的组成和分类，轴系的技术要求 11. 导轨的用途及分类 12. 滚动导轨的结构、工作原理 13. 数学模型的物理意义 第三章测量模块（重点章节） 本章知识要点： 1. 机械量传感器的分类 2. 传感器的性能指标（工作特性、静态特性和动态特性） 3. 传感器的性能要求和改善措施 4. 位移传感器（旋转变压器、感应同步器、增量式光电编码器、光栅）的结构和工作原理 5. 速度传感器（直流测速发电机、码盘式转速传感器）的结构和工作原理 6. 加速度传感器的分类及特点 7. 力、转矩和压力传感器的结构和特点 8. 霍尔式电流传感器工作原理和特性

机电系统动态性能的计算机仿真

4．机电系统动态性能的计算机仿真4．1 概述 机电系统计算机仿真是目前对复杂机电系统进行分析的重要手段与方法。在进行机电系统分析综合与设计工作过程中，除了需要进行理论分析外，还要对系统的特性进行实验研究。系统性能指标与参数是否达到预期的要求？它的经济性能如何？这些都需要在系统设计中给出明确的结论。对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验，然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的，因此就必须对其进行模拟实验研究。当然在有些情况下可以构造一套物理模拟装置来进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对机电系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。所谓机电系统计算机仿真就是以机电系统的数学模型为基础，借助计算机对机电系统的动静态过程进行实验研究。这里讲的机电系统计算机仿真是指借助数字计算机实现对机电系统的仿真分析。这种实验研究的特点是：将实际系统的运动规律用数学表达式加以描述，它通常是一组常微分方程或差分方程，然后利用计算机来求解这一数学模型，以达到对系统进行分析研究的目的。 对机电系统进行计算机仿真的基本过程包括：首先建立系统的数学模型，因为数学模型是系统仿真的基本依据，所以数学模型极为重要。然后根据系统的数学模型建立相应的仿真模型，一般需要通过一定的算法或数值积分方法对原系统的数学模型进行离散化处理，从而建立起相应的仿真模型，这是进行机电系统仿真分析的关键步骤；最后根据系统的仿真模型编制相应的仿真程序，在计算机上进行仿真实验研究并对仿真结果加以分析。 机电系统计算机仿真的应用与发展已经过了近40年的历程，进入20世纪80年代以来，随着微型计算机技术以及软件技术的飞速发展与广泛应用，使得机电系统计算机仿真获得了实质性的发展，并使其走进广大的机电系统生产、设计、研究的第一线。目前在该领域应用最为广泛的软件包就是美国Mathworks公司开发的MATLAB语言软件。虽然它最初并非是为机电系统仿真与设计开发的，但是它的强大的矩阵运算功能与图形处理及绘制能力，以及在MATLAB平台上开发出来的各种工具箱，和面向结构图的SIMULINK 系统分析环境，为机电系统计算机仿真提供了强有力的软件工具，从而为机电系统计算机仿真与辅助设计开辟新的方法与途径提供了充分的条件。 考虑到部分读者不具备MATLAB基础知识，因此，在本书的附录一中对MATLAB

基于matlab的二阶动态系统特性分析

测控技术基础课程设计 设计题目：基于matlab的二阶动态系统特性分析 姓名： 学号： 专业：机械电子 班级： 指导教师： 2014年 6月 26日---年 6月 26日

目 录 第一章 二阶系统的性能指标 1.1 一般系统的描述 1.2 二阶系统的性能指标 第二章 二阶系统基于matlab 的时域分析 2.1 用matlab 求二阶系统的动态性能指标 2.2 二阶系统的动态响应分析 2.2.1 二阶系统的单位阶跃响应与参数ξ的关系 2.2.2 二阶系统的单位阶跃响应与参数n ω的关系. 第三章 设计体会 参考文献

1. 二阶系统的性能指标 1.1. 一般系统的描述 凡是能够用二阶微分方程描述的系统称为二阶系统。从物理上讲，二阶系统包含两个独立的储能元件，能量在两个元件之间交换，是系统具有往复震荡的趋势。当阻尼比不够充分大时，系统呈现出震荡的特性，所以，二阶系统也称为二阶震荡环节。很多实际工程系统都是二阶系统，而且许多高阶系统在一定条件下也可以简化成为二阶系统近似求解。因此，分析二阶系统的时间相应具有重要的实际意义。 传递函数可以反映系统的结构参数，二阶系统的典型传递函数是： 2 2021 )()()(n n i s s s X s X s G ωξω++= = 其中，n ω 为二阶系统的无阻尼固有频率，ξ称为二阶系统的阻尼比。 1.2. 二阶系统的性能指标 系统的基本要求一般有稳定性、准确性和快速性这三个指标。系统分析及时对这三个指标进行分析。建立系统的数学模型后，就可以用不同的方法来分析和研究系统，以便于找出工程中需要的系统。在时域，这三个方面的性能都可以通过求解描述系统的微分方程来获得，而微分方程的解则由系统的结构参数、初始条件以及输入信号所决定。 上升时间r t ：当系统的阶跃响应第一次达到稳态值的时间。上升时间是系统 响应速度的一种度量。上升时间越短，响应速度越快。 峰值时间p t :系统阶跃响应达到最大值的时间。最大值一般都发生在阶跃响应的第一个峰值时间，所以又称为峰值时间。 调节时间s t ：当系统的阶跃响应衰减到给定的误差带，并且以后不再超出给定的误差带的时间。 最大超调量p M :相应曲线的最大峰值与稳态值的差称为最大超调量p M ，即 ) (max ∞-=c c M p

机电系统组成原理答案

《机电系统组成原理》 1 FMS系统 答：即柔性制造系统，是以数控机床为基础发展起来的一种高效率、多品种、小批量生产系统。2可靠度 答:是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。 3、D/A转换器 答：即数字—模拟信号转换器，其功能是将计算机输出的数字信号转换为模拟的电压信号。 4协同专家系统 5三相六拍工作方式 答：每转换六次为一循环，各拍交替出现单双相通电的模式，定子绕组通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A. 6灵敏度 答：传感器在静态标注条件下，输出变化对输入变化的比值称为灵敏度。 2位置随动系统 答：位置输出量以一定的精度复现输入量变化的自动控制系统，称为位置随动系统，也称为伺服系统。 3“浴盆”曲线 答：实质上是一条瞬变故障曲线，它描述了机电一体化系统瞬时故障随时间变化的关系。 1双三拍工作方式 答：是有两相导通，两相绕组处在相同电压之下，以AB-BC-CA-AB(或反之)方式通电。 2可靠度 答:是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。 3 电气干扰 答：电子设备内部各元部件之间的相互干扰以及电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰。 4 CIMS系统 答：它是英语Computer Integrated Manufacturing System的缩写，意思是计算机集成制造系统。它是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机的集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度，它不仅设计物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。 5 A/D转换器 答：将模拟信号转换成数字信号的电路。

测试系统的特性

第四章测试系统的特性 本章学习要求 1.建立测试系统的概念 2.了解测试系统特性对测量结果的影响 3.了解测试系统特性的测量方法 §4.1 测试系统概论 测试系统是执行测试任务的传感器、仪器和设备的总称。当测试的目的、要求不同时，所用的测试装置差别很大。简单的温度测试装置只需一个液柱式温度计，而较完整的动刚度测试系统，则仪器多且复杂。本章所指的测试装置可以小到传感器，大到整个测试系统。 在测量工作中，一般把研究对象和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。 图4.1-2 系统、输入和输出 1)当输入、输出能够测量时(已知)，可以通过它们推断系统的传输特性。 2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出的输入量。 3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。 4.1.1 对测试系统的基本要求 理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。许多实际测量装置无法在较大工作范围内满足线性要求，但可以在有效测量范围内近似满足线性测量关系要求。 4.1.2线性系统及其主要性质 若系统的输入x(t)和输出y(t)之间的关系可以用常系数线性微分方程来描述 a n y(n)(t)+a n-1y(n-1)(t)+…+a1y(1)(t)+a0y(0)(t) = b m x(m)(t)+b m-1x(m-1)(t)+b1x(1)(t)+b0x(0)(t)

其中a0，a1，…，an和b0，b1，…，bm均为常数，则称该系统为线性定常系统。一般在工程中使用的测试装置、设备都是线性定常系统。 线性定常系统有下面的一些重要性质： ☆叠加性 系统对各输入之和的输出等于各单个输入所得的输出之和，即 若 x1(t) → y1(t)，x2(t) → y2(t)。。 则 x1(t)±x2(t) → y1(t)±y2(t) ☆比例性 常数倍输入所得的输出等于原输入所得输出的常数倍，即 若 x(t) → y(t)。。 则 kx(t) → ky(t) ☆微分性 系统对原输入信号的微分等于原输出信号的微分，即 若 x(t) → y(t)。。 则 x’(t) → y’(t) ☆积分性 当初始条件为零时，系统对原输入信号的积分等于原输出信号的积分，即若 x(t) → y(t)。。 则∫x(t)dt →∫y(t)dt ☆频率保持性 若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号，即 若 x(t)=Acos(ωt+φx)。。 则 y(t)=Bcos(ωt+φy) 线性系统的这些主要特性，特别是符合叠加原理和频率保持性，在测量工作中具有重要作用。例如，在稳态正弦激振试验时，响应信号中只有与激励频率相同的成分才是由该激励引起的振动，而其它频率成分皆为干扰噪声，应予以剔除。 §4.2测试系统的静态响应特性