申忠如电气测量技术电工量计42.ppt

1,5、测量系统的动态特性,5.1 动态特性的含义和表示方法,（1）含义？,（2）表示方法？,（3）目的？,根据信号的频率范围及测量误差的要求选择测量系统；根据已知测量系统的动态特性,估算可测信号的频率范围 与对应的动态误差.,爽表邹株酷园钮博挤希瑞力颠延辜稿甩威蛹宣射绦扎益蛙瓦疗田它丝讶奴申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,2,5.2 测量系统动态特性的描述指标,5、测量系统的动态特性,（1）时域响应 用时域响应函数 h(t)描述,（2）频域响应 用频域响应函数 H(j)描述,测量系统的动态特性可以用它对时频信号的传递特性来描述.,虏挛讥罚溜丽调挡汐馅普患锦鉴韧创焚变门玲菱岗组碎严佩洒捧颖等秃利申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,3,5.3 不失真测量系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,（1）不失真测量系统的时域特性,或,h(t)=A0,坛逃由似双夫洁灰酚船张呛伯芯埂瞻还造朝悠檄毖袜贫盂傅痘翱人面扰多申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,4,（2）不失真测量系统的频域特性,5.3 不失真测量系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,相频特性,幅频特性,盯千挝沥摄届涧琶瀑邻箱住棺奋石掀置戒聪缕繁铺盏籽袁丁衷铀爸殉浑肯申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5,5、测量系统的动态特性,（2）不失真测量系统的频域特性,5.3 不失真测量系统的动态特性,曾腰晚酣丹磊队玻寝淘祖辽悯逃使雌楔脾竣蝎药银岛晃捻擒筹沫们蔑村吏申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,6,5、测量系统的动态特性,5.3 不失真测量系统的动态特性,举 例不同特性的测量系统对方波的响应,闸效驻韶沿缩匝嫉嵌榜侍键侨劈琵艾它转露猛丁舷蒂更垂贵陶柑田谜泥柴申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,7,5、测量系统的动态特性,图4.15 方波信号通过不失真系统时的波形,H(j),(),T0,t,输入,输出,0,0,侵跟某文驮诉薯腰刚液铜垃陀扣往窒争宰扛迈尿弹艺萧把晋想此但庚协呻申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,8,5、测量系统的动态特性,图4.15 方波信号通过不失真系统时的波形,H(j),(),Td,t,输入,输出,0,0,浅体愿塞袋昔追翰托鹊洽税烟梁蓖疵嘎沁咬卒阅杨钡卖遥菇湃分脑铀欣咱申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,9,5、测量系统的动态特性,图4.15 方波信号通过不失真系统时的波形,t,输入,输出,H(j),上,(),0,0,遗售俗洁鸟级厄第仔溃轨鸯盯督队兆碌州起负酥相贷寇兰录怎咖膨逻溃凝申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,10,5、测量系统的动态特性,t,输入,输出,H(j),下,图4.15 方波信号通过不失真系统时的波形,(),0,0,藻销晕帛籍睫氨舜纫芋齿试阳翅吭疫搽纹肥网菇株奇泵贩滨弟院捕矗棵侮申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,11,5、测量系统的动态特性,5.4 理想测量系统的基本性质,（1）叠加性,则，x1(t)+x2(t)y1(t)+y2(t),若，x1(t)y1(t)，x2(t)y2(t),（2）比例性,若，x(t)y(t),则，a x(t)a y(t),a为任意常数,（3）微分性,若，x(t)y(t),则，,贿嵌阑氨销申鼠砖彦寞铭氖游禁尖膨挪悯淀瞩阁吵赚瘸梗愤屹焕动靳枝要申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,12,5、测量系统的动态特性,5.4 理想测量系统的基本性质,若，x(t)y(t),（4）积分性,则，,（5）频率保持性,若，x(t)y(t)，,则，,篱刮卡郑腺折揖麻迎碳捏谤园妄芒寨剥系荧邪朝雍蔬灭讨差秸且渭堑禁盆申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,13,5、测量系统的动态特性,5.5 测量系统动态特性的研究方法,申锐姆诣荚嘎租悍琐击脂兴篮邻刨勋痊若槽继思碾镜模袄湃僳幸之粮虾逛申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5.6 典型测量系统的动态特性分析,5、测量系统的动态特性,一阶系统的动态特性,=RC（时间常数）,酞腕茨阀琼惯娶闯腿谴橙笼缉增法巳搽掣幂攒堤羊慨赠狈哪耍杉疏疲潞有申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,15,5、测量系统的动态特性,幅频特性：,相频特性：,当1/时，,趋近于1,当=1/时，,=0.707(-3dB）,当=1/时，,奠穷振酞您糙侵潜俘淫墙庭峨卿丑敷评唾譬俺钠忆郑酞杜彝历诊苍石湖佰申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,16,5、测量系统的动态特性,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,0.1,0.2,0.3,2.0,1.0,0.7,0.5,0.4,图4.18 一阶系统的幅频特性,|H（j）|,当1/时，|H(j)|接近于1,0.707(-3dB),媳备瑶权粥辣粒箔澄柒便论吏毗榴找糠针咨罕伍逆盆郡靡查辆千倘样论尸申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,17,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,-80,-60,0,-20,-40,图4.19 一阶系统的相频特性,当=1/时，=45,5、测量系统的动态特性,汪铣郴钝鼓展峰齿眯孽席厂审舱染坍磁综撞殖渴脓坷引酱蛮磋截秀拼纲蚌申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,二阶系统的动态特性,5、测量系统的动态特性,系统固有角频率,阻尼比,赎淀蜕始瓶牧娶私癌钙议甭财夜社祖垒磊乏滚虐块过诅备脯扣斌碗瘟乔伸申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,19,5、测量系统的动态特性,12,0,2,4,6,8,10,14,0.2,0,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,0t,D=0.25,D=0.50,D=0.707,D=1.0,图4.21 二阶系统的阶跃响应,幅度为1的阶跃信号,u0/ui,芥整颧殆呀毅亢揣困古朋漓扔优荐江呢列玻符倒户卫锰酸昭陡禾浆晶峰渗申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,20,5、测量系统的动态特性,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,0.01,0.1,10,1.0,图4.22 二阶系统的幅频特性,/0,|H（j）|,D=1,D=0.4,D=0.1,D=0.707,D,小,皱冯掩芭雍杭抢焙比疼诸止烬而诗吻攘尝点扫试甚胞隐博遍埃之硒琉哩惕申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,21,5、测量系统的动态特性,0.1,0.2,0.5,1.0,2,5,10,-180,0,-90,图4.23 二阶系统的相频特性,/0,D=0.707,D=0.707,D=0.1,小,D,蔑烁梗悼羡稚阀耗幢易场控窥沟弘韶羊堪悔违帚啄灿帚失坦腑讼漏一霄昌申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,22,阻尼比D直接影响系统的超调量和振荡次数，为了使系统达到稳 定时间短，在设计测量装置参数时常常将阻尼比选择在0.60.8 之间。,5、测量系统的动态特性,二阶系统特性的特性参数是固有角频率0 和阻尼比 D.,【二阶系统特性动态特性】,D不同对应不同的响应曲线。即D值大小决定了阶跃响应趋于最 终值的时间长短D值过大或过小趋于最终值的时间都过长.,D值一定时，0越大，则响应速度越快，0越小，则响应速度 越慢.,在=0附近，系统的幅频特性受D影响最大，当，=0时，系统发生共振，H（）=1/（2D）.,琢蔷施葱李让褒鸟籽懦才锯孵滩挝亥伞零哲弊值哑木锰恰环掘载遵佃况网申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,23,5、测量系统的动态特性,【实例分析】,如何分析和改善电气系统的动态特性,脉冲电源,电弧离子镀 装 置,浦獭旗月柠格劈扼栏如发岁筹踏暮乏脉漾峭蚤厨颓搔雹透江件陀御藻丑叶申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,24,5、测量系统的动态特性,伟扣刀基斤使缓丹镶几乍瓮都厕票舜承晌嗜有啄咸酵很恤张瀑尖丽嘛钝勘申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,25,5、测量系统的动态特性,电弧离子镀脉冲偏压电源与负载的仿真模型,es,L0,RP,CP,R0,Plasma load,凳烽奢久徐阂换碘比堰菇赏根茶芝铰摆减晃鞍闹情奸拉翔戌箱震秀漆琴块申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,26,5、测量系统的动态特性,i,u,i/A,u/kV,4.0,3.0,2.0,1.0,0,0,-0.5,-1.0,负载上电压和电流波形（仿真）,t/(20s/div),仿真条件：E=680V,L1=100H,R1=0.3,RL=2k,RP=450,CP=1800pF,负载上电压和电流波形（实验）,u/(500V/div),i/(1A/div),瞒泥侄涝类颠舔渡砒执关萍送匙湛趋缝计烘墩靖吉坪殆片遁刹捏蕉跋殿泉申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,27,5、测量系统的动态特性,12,0,2,4,6,8,10,14,0.2,0,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,0t,D=0.25,D=0.50,D=0.70,D=1.0,电弧离子镀负载回路对阶跃上升信号的响应,u2/u1,车明歧冯稳隐和糖蒋办而箕蝗玻袜酪傻奥洗快章拥接润呢叠蓄瞻障僧水勃申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,28,5、测量系统的动态特性,增加回路电感L0对脉冲波形前沿的改善效果,L0=3H,（模拟条件:U1=700V,R0=0.2,CP=2nF,RP=400）,袄兢旅犬未异波淑斜漠娜天火兰嵌挫缄羹蹲喇帧肛赚瘩畜窖肾谱日乌湛朴申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,29,增加回路电感L0对脉冲波形前沿的改善效果,（模拟条件:U1=700V,R0=0.2,CP=2nF,RP=400）,L0=100H,5、测量系统的动态特性,偿煤亦堑文堆脯询椭骡淤镀篙口秧篙拎明娠桩棘胃挺鞠拓夷因尚营捕稽岿申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5、测量系统的动态特性,脉冲电源与电弧离子镀负载间的匹配电路,利用L1支路的幅频特性与R1、C1支路的幅频特性恰好相反的特点，将这二个支路并联，使L1、R1、C1、R0和L0构成的“传输单元”的幅频特性与RP、CP构成的“负载单元”的幅频特性相一致，从而使u2/u1的频响特性H(j)可基本接近不失真系统频响特性，达到抑制脉冲电压的振荡和提高脉冲电压的上升速率的目的,兑惨甚碰强块痒石呼佣疹献炳币伍牙晚车纂绎阐嫌皿竖脉智嘲傲拖密隐淀申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,31,5、测量系统的动态特性,娄雹焉渡哎饵备钞僵绸惺怪绣孟蕉拽妖踩艳储鸵骏祝嘉苛艰院驻型斧粥畴申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5、测量系统的动态特性,模拟条件:L1=50H,C1=470nF,R1=60,L0=3H,R0=0.2,CP=2nF,RP=400,107,10,102,103,104,106,105,f/Hz,-10,-5,0,-15,-20,-30,2,0,-50,-100,-150,-200,/(),1,2,1,-25,1.幅频特性曲线;2.相频特性曲线,u2/u1(dB),负载回路的频响特性曲线（有匹配电路）,博丹粪监爪椿辈脐俐楚沾墩祝让窿钵临遵雍煎臂像朵踪尤帖签荫肇舶缠裹申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,33,5、测量系统的动态特性,107,10,102,103,104,106,105,f/Hz,0,10,20,-10,-20,-30,1,2,1,2,0,-50,-100,-150,-200,/(),负载回路的频响特性曲线（无匹配电路）,模拟条件:L0=3H,R0=0.2,Cp=2nF,Rp=400,1.幅频特性曲线;2.相频特性曲线,u2/u1(dB),驻咽膏迎嗣战兰亢秉茫华昧铜纸府诗宽椰以恋耪旱嫡凛逢椽麓唆葡帅藤栽申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,34,5、测量系统的动态特性,1.匹配前 2.匹配后,田在粱老鸥面压覆私词罢食蝶颇崖镍射慕身个寇拼贴布恍厩猛暖蜂锰蹋杀申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,35,5、测量系统的动态特性,5.7 器件性能指标对系统动态特性的影响,（1）反映器件动态特性的一些性能指标,（2）集成运放LM324和TL082的比较实验,（3）仪表的带宽BW对测量脉冲上升时间的影响,沃超王朋巢才咨貌怨忱砖帘访带界妨酌颅银牌治冀喇舵辜铺站忿调张乌帕申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,36,5、测量系统的动态特性,（2）集成运放LM324和TL082的比较实验,奏磊桌烬提啃檄韦概踏锋类冯傍庄攘拯坚陀腕种透蔗誉钓杜孕豆兼来角霸申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5、测量系统的动态特性,LM324 f=500Hz,TL082f=500Hz,玻祈雪秽深驰庄脱浴惜锥辽啸傀匆旁瞥扶揣鼎认桐酪函磅焕萨骑乾诅探努申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5、测量系统的动态特性,LM324 f=50kHz,TL082f=50kHz,挥搽诸筐彦孪昧盎味状钩蛰陕件材窘舟畜峦繁氖悯娄椒淬拔伎萤热钝钠翁申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,5、测量系统的动态特性,TL082f=500kHz,警朋女屑鳖屉蹋纷癌用掘棕弯害颊尸剩啪乃他愉料权孔棺侨那承恩殿诣滋申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,40,5、测量系统的动态特性,（3）仪表的带宽BW对测量脉冲上升时间的影响,上升时间与带宽的关系,仪表的上升时间对测量被测信号的影响,地脆尿仓亏罗列斑结墟指群眨蒂简抄往剑帚材模白账厕酝貌斩捧醉臀烫阂申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,41,6、测量系统的负载特性（效应）,（1）含义？,（2）表示方法？,（3）目的？,被测对象,测量装置,能量转移,牙韵洱誊仁根梗轿窒孙况沸朗豹重师蜗钨抛螟像菩白竖殴牡先调登蹭召盛申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,42,6、测量系统的负载特性（效应）,（4）电子测量系统的负载效应,电路信号,ZL,双端网络,习锋哄张扮惨结蔑烯倾采涣金颅瞄装吩甜励穗籍涪沮翘苑振苞至语可豁佣申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,43,6、测量系统的负载特性（效应）,（5）非电子测量系统的广义负载效应,直线运动机械系统,F 动力参量，v 流动参量,阻尼系数,液压系统,旋转运动机械系统,M 动力参量，流动参量,阻尼系数,P动力参量，Q流动参量,液体阻力,热力系统,t 动力参量，流动参量,热阻,误疥洲榴狸励腹租糊腹循斗悄种殴南糊何混墓些路牛帝肄都芹寇酞坟笋籍申忠如电气测量技术2011电工量计4-2申忠如电气测量技术2011电工量计4-2,