简述系统动态特性及其测定方法

知识点2第一章第6节系统的特性和分析方法在系统科学的研究中，对系统的特性和分析方法进行研究是十分重要的。

系统的特性和分析方法包括了系统的开放性、闭合性、动态性、稳定性、层级性、多样性、整体性等。

系统的特性主要包括：1.开放性：系统与其环境是相互作用、相互影响的。

系统能够从环境中获取输入信息，通过处理和转换这些信息，输出对环境产生影响的结果。

3.动态性：系统是不断变化和发展的，它具有发展的潜力、能力和趋势。

系统内部的要素和相互作用随时间的推移会发生变化，系统的状态也会随之变化。

4.稳定性：系统有一定的稳定状态，可以通过反馈机制自我调节和维持其稳定状态。

当系统内部的要素和相互作用保持稳定时，系统就具有稳定性。

5.层级性：系统具有层次结构，由多个子系统组成。

每个子系统都可以看作是一个更大系统的一部分，并可以进一步分解成更小的子系统。

层级结构使得系统的复杂性可以得到更好的管理和理解。

6.多样性：系统内的要素和相互作用是多样化的。

系统中的要素和相互作用可以包含不同的类型、状态、关系和特征，使得系统具有多样性。

7.整体性：系统是一个集合整体，整体的性质和行为不能简单通过各个要素的性质和行为之和来解释。

系统具有的整体性质和行为是由各个要素和相互作用共同决定的。

研究系统的特性时，需要运用一些分析方法来深入理解系统的结构和行为。

常用的系统分析方法包括：系统动力学、系统辨识、系统仿真、系统优化、系统灵敏度等。

系统动力学是研究系统结构、行为和动态变化规律的方法。

通过建立系统的动态方程，可以模拟和预测系统的行为和变化趋势。

系统辨识是通过观察和分析系统的输入输出数据，识别系统的结构和参数的方法。

通过辨识系统的模型，可以更好地理解和掌握系统的特性和行为。

系统仿真是通过建立系统的数学模型，运用计算机技术进行仿真实验，模拟和观察系统的行为和变化。

仿真可以帮助研究人员更全面地了解和分析系统，优化系统设计和运行。

系统优化是为了达到其中一种最优目标，通过调整系统的结构和参数，使系统的性能和效益最大化。

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)。

下面讨论测试系统在单位阶跃输入和单位正弦输入下的响应，并假设系统的静态灵敏度。

测试系统在单位阶跃输入下的响应单位阶跃输入的定义为其拉氏变换图3.16 单位阶跃输入一阶系统的响应（3.19）图3.17 一阶系统的单位阶跃响应二阶系统的响应其中ξ)1(<图3.18 二阶系阶的单位阶跃响应由图可见，一阶系统在单位阶跃激励下的稳态输出误差为零，并且，进入稳态的时间t→∞。

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。

机械系统动态性能测试与分析在现代工业领域中，机械系统的动态性能测试与分析是一项非常重要的工作。

通过对机械系统的动态性能进行测试与分析，可以评估其运行状态和性能特点，进而为优化设计和改进工艺提供依据。

本文将从测试方法、参数分析以及应用举例等方面对机械系统动态性能测试与分析进行探讨。

一、测试方法机械系统的动态性能测试有多种方法，常用的包括负载测试、振动测试和响应测试等。

负载测试是通过在机械系统上加上一定负载来进行测试，以分析系统的承载能力和输出特性。

振动测试则是通过振动传感器对机械系统进行振动信号的采集与分析，以了解系统的振动幅值和频率特性。

响应测试是通过在机械系统上施加一定外力或扰动，观察系统的响应情况，以评估系统的动态响应能力。

二、参数分析机械系统动态性能的参数分析是测试与分析的核心内容之一。

在进行参数分析时，需要重点关注系统的加速度、速度和位移等重要参数。

通过分析这些参数的变化趋势，可以了解系统的运行速度、加速度以及振动幅值等信息，进而评估系统的运行状态和性能特点。

此外，还可以通过频域分析对系统的频率特性进行研究。

三、应用举例机械系统动态性能测试与分析在许多领域都有着广泛的应用。

例如，在汽车工业中，可以通过测试与分析车辆的悬挂系统动态性能，评估悬挂系统对路面不平的响应能力，为悬挂系统的设计与调整提供参考。

在机械加工行业中，可以通过测试与分析加工设备的动态性能，了解其加工精度和稳定性，为加工工艺的优化提供依据。

此外，还可以对航空航天、电力等领域的机械系统进行动态性能测试与分析，以确保系统的可靠性和安全性。

总结起来，机械系统动态性能测试与分析是一项重要而复杂的工作。

通过选择合适的测试方法、进行参数分析以及应用举例等，可以有效评估机械系统的性能特点，为优化设计和改进工艺提供依据。

然而，机械系统的动态性能测试与分析还存在许多挑战，包括测试设备的选择与设置、数据采集和分析的准确性等。

因此，需要不断探索新的测试方法与技术手段，提高测试与分析的准确性和效率，以更好地满足现代工业的需求。

系统动静态特性测定系统动静态特性测定一、测试系统静态特性的测定二、测试系统动态特性的测定一、测试系统静态特性的测定（一）静态特性的测定一种特殊的测试，通过选择经过校准的标准静态量作为系统输入，求出其输入、输出特性曲线。

标准输入量的误差应当是所要求测试结果误差的1/3～1/5或更小。

xy A（二）标定过程1.作输入-输出特性曲线将标准量在满量程范围内均匀地等分成个n 输入点，按正反行程进行相同的m 次测量，得到2 m 条输入、输出特性曲线；%100}{max11AH H i =%100}{2max2AH H i =H2i各点重复性误差最⼤值H1代表正行程的重复性误差2.求重复性误差xy AH1i各点重复性误差最⼤值H2代表反行程的重复性误差)(1)(1122111∑∑====m j ijimj iji ymy ym y xy A3.求作正反行程的平均输入-输出曲线y 1ij 代表正行程第j次曲线第i点的值y 2ij 代表反行程第j次曲线第i点的值)(21%100||21max12i i i i i y y y A y y h +=−=xy A回程误差4.求回程误差y A定度曲线5.定度曲线)(21%100||21max12iiiiiyyyAyyh+=−=x6.求作拟合直线，计算非线性度和灵敏度xy A%100×=AB非线性度（误差）xyS ΔΔ=B:定度曲线与拟合直线的最大偏差A:标称输出范围（全量程）灵敏度二、测试系统动态特性的测定二、测试系统动态特性的测定（一）频率响应法频率响应法：频率特性的测试，即正弦激励法通常对测试装置施加峰值为20% 量程左右的正弦信号，其频率自足够低的频率开始，以增量方式逐点增加到较高频率，直到输出量减少到初始输出幅值的一半为止，即可得A(w)和ϕ(w)。

1.一阶装置时间常数的确定ϕ(ω) = −arctg τω2)(11)(ωτω+=A 用A(w)或ϕ(ω)即可求出τ。

机械系统的动态特性分析机械系统的动态特性分析是研究机械系统在运动或振动状态下的特性和行为的科学。

对于机械系统的动态特性分析，可以帮助我们更好地了解机械系统的运动规律，为系统设计、优化和故障诊断提供理论基础和方法。

一、机械系统的动态特性机械系统的动态特性包括系统的振动响应、稳定性和频率响应等方面的特性。

（一）振动响应振动响应是机械系统在受到外力激励或初始条件下的振动情况。

振动响应可以分为自由振动和强迫振动。

自由振动指系统在受到外界干扰后，在无外力作用下，由于初始条件的存在而发生的振动。

自由振动的解析解可以通过求解系统的运动微分方程得到，并且可以得到系统的固有频率和振动模态。

强迫振动指系统在受到外界激励作用下的振动。

在强迫振动中，外力激励会与系统的固有频率相互作用，从而产生共振现象。

共振会导致系统振幅的急剧增加，严重的话甚至会引起系统的破坏，因此需要特别注意共振问题。

（二）稳定性稳定性是指机械系统在受到外部扰动后是否能够恢复到原来的平衡状态或者某个新的平衡状态。

对于线性系统来说，系统稳定的判据是系统的阻尼比小于1，而对于非线性系统来说，稳定性分析需要更为复杂的方法。

稳定性的分析可以帮助我们了解机械系统在运行过程中是否可能发生失稳的情况，为系统的设计与控制提供重要的依据。

（三）频率响应频率响应是指机械系统输出响应和输入激励之间的关系。

通过对系统的频率响应进行分析，可以得到系统的幅频特性和相频特性。

幅频特性表示系统的输出响应随输入频率变化的情况，而相频特性则表示系统的输出响应与输入激励之间的相位差。

二、动态特性分析的方法机械系统的动态特性分析可以通过实验和理论两种方法来进行。

实验方法是通过对机械系统进行实际操作和测量，得到系统的振动信号和响应，并通过信号处理和数据分析来研究系统的动态特性。

而理论方法则是通过建立机械系统的动力学模型和运动微分方程，然后运用相关的数学工具和方法对系统的动态特性进行分析。

常见的理论方法包括模态分析、响应谱分析、有限元方法和频域分析等。

机械运动系统动态特性分析与控制研究引言：机械运动系统动态特性指的是机械系统在运动过程中表现出的力学特性和动力学特性。

对于机械系统的运动特性进行深入研究，可以帮助我们更好地掌握和控制机械系统的运动。

一、动力学模型建立研究机械运动系统的动态特性首先需要建立动力学模型。

动力学模型是描述机械系统运动规律的数学模型。

常见的动力学模型有质点模型、刚体模型和连续体模型等。

根据具体的研究对象和目标，选择合适的动力学模型非常重要。

二、特性参数提取机械运动系统的特性参数对于系统性能的分析和优化至关重要。

通过实验和计算，可以提取出系统的特性参数，如质量、弹性系数、阻尼系数等。

特性参数的提取是机械运动系统动态特性分析与控制研究的基础。

三、动态特性分析机械运动系统的动态特性表现为振动、共振和稳定性等方面的现象。

动态特性分析的目的是研究机械系统在不同工况下的响应特性。

可以通过频域分析和时域分析等方法，对系统的自由振动、受迫振动和阻尼振动等问题进行研究。

四、控制策略设计为了更好地控制机械系统的运动，需要设计合适的控制策略。

控制策略通常包括开环控制和闭环控制两种方式。

开环控制通过设置输入信号来直接控制系统输出，而闭环控制则通过反馈信号实现对系统的调节和控制。

根据实际需求和系统特性，选择合适的控制策略对机械系统进行控制，可以提高系统的性能和可靠性。

五、参数优化与鲁棒性分析机械运动系统的控制过程中，参数的选择和优化直接影响到系统的性能。

参数优化的目标是通过调整系统参数，使得系统的性能指标达到最优。

同时，鲁棒性分析也是很重要的一部分，它可以研究系统在不同工况下的稳定性和性能。

通过参数优化和鲁棒性分析，可以提高机械运动系统的控制效果和适应能力。

六、案例分析为了更好地理解机械运动系统动态特性分析与控制的研究，接下来我们举一个案例进行分析。

以汽车悬挂系统为例，我们可以通过建立动力学模型、提取特性参数、分析振动特性和稳定性等步骤，来深入研究汽车悬挂系统的动态特性。

机械系统的动态性能测试与分析机械系统的动态性能测试与分析是工程领域中关键的一环。

通过分析机械系统的动态性能，可以评估其稳定性、响应速度、振动特征等重要指标，从而为设计改进和故障诊断提供依据。

一、动态性能测试的目的和方法动态性能测试的目的是全面了解机械系统在不同工况下的响应特征以及潜在的问题，为系统设计和优化提供依据。

测试方法主要分为模拟测试和实际运行测试两种。

模拟测试是在实验室环境下对机械系统进行运行模拟，通过外界激励来检测系统的响应。

常用的模拟测试方法包括频率响应分析、阶跃响应测试和冲击响应测试等。

频率响应分析可以测量系统在不同频率下的振动特性，得到系统的共振频率和阻尼比等参数。

阶跃响应测试可以模拟系统在受到外界突变激励时的响应速度和稳定性。

冲击响应测试则可以模拟系统在遭受突发外力冲击时的动态响应。

实际运行测试是在机械系统正常运行下进行的测试。

通过安装传感器等设备，实时监测系统的振动、温度、压力等参数，以便评估系统的运行状态和性能。

实际运行测试可以获取到系统真实的工况数据，对于复杂的机械系统而言，更加接近实际情况。

二、动态性能分析的关键参数动态性能分析旨在评估机械系统在动态工况下的性能表现。

常用的关键参数有振动幅值、频率响应、阻尼比、迟滞、响应速度和稳定性等。

振动幅值是描述机械系统振动强度的重要指标。

通过测量系统振动的位移、速度或加速度等参数，可以评估系统的振动程度。

频率响应则描述了系统在不同频率下的振动特性，能够帮助我们找出共振频率和阻尼比等关键参数。

阻尼比是指系统在受到外界激励时，振动能量逐渐衰减的能力。

迟滞则用来描述系统在变动负载下的响应特性，该参数重要程度取决于系统的应用环境。

响应速度和稳定性则是评估系统动态响应快慢和稳定性的指标，对于某些需要迅速响应的应用来说特别重要。

三、动态性能分析的关键技术在进行动态性能分析时，关键的技术手段有模态分析、频谱分析、信号处理和数据挖掘等。

模态分析是对机械系统振动模态的研究和分析。

机械系统动态特性的参数辨识方法引言机械系统是由各种机械部件组成的复杂系统，研究其动态特性的参数辨识方法对于系统设计、运行优化具有重要意义。

本文将探讨几种常见的机械系统动态特性参数辨识方法。

一、频域法频域法是一种常用的参数辨识方法，它通过分析机械系统在不同频率下的响应来确定系统的动态特性参数。

常见的频域方法包括频域曲线拟合法和频域变换法。

1. 频域曲线拟合法频域曲线拟合法利用已知的频域响应数据，采用最小二乘法拟合出机械系统的频率响应曲线。

通过拟合出来的曲线，可以得到系统的共振频率、阻尼比等动态特性参数。

2. 频域变换法频域变换法主要利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，分析其频谱特性。

通过对频谱进行分析，可以得到系统的频率响应曲线和频率响应函数，从而得到系统动态特性的参数。

二、时域法时域法是另一种常见的参数辨识方法，它通过分析机械系统在时间上的响应来确定系统的动态特性参数。

常见的时域方法包括自回归模型法和状态空间法。

1. 自回归模型法自回归模型法是一种基于统计的参数辨识方法，它将机械系统的动态响应建模为一个自回归模型，通过最小二乘法拟合出最佳的自回归模型参数。

通过分析自回归模型的系数，可以得到系统的动态特性参数。

2. 状态空间法状态空间法是一种将机械系统建模为状态方程的参数辨识方法。

通过观测系统的输入和输出信号，可以建立系统的状态方程，并通过最小二乘法拟合出最佳的状态方程参数。

通过分析状态方程的矩阵，可以得到系统的动态特性参数。

三、模型识别法模型识别法是一种通过建立机械系统的数学模型来辨识系统的动态特性参数的方法。

常见的模型识别方法包括最小二乘法和极大似然估计法。

1. 最小二乘法最小二乘法是一种通过最小化观测值与模型预测值之间的误差平方和来确定模型参数的方法。

在机械系统参数辨识中，通过最小化观测值与模型输出之间的误差，可以得到系统的动态特性参数。

2. 极大似然估计法极大似然估计法是一种通过最大化样本观测出现的概率来确定参数估计的方法。

机械工程中的控制系统动态特性分析一、引言控制系统在机械工程中扮演着重要的角色，它可以用于实现对机械设备的精确控制。

而控制系统的动态特性是评价其性能优劣的重要指标之一。

在本文中，我们将对机械工程中的控制系统动态特性进行深入分析，并探讨相关的研究领域和方法。

二、控制系统的动态特性控制系统的动态特性是指系统对输入信号变化的响应速度和稳定性。

动态特性分析可以帮助工程师了解控制系统在不同条件下的性能表现，并为系统优化提供依据。

常见的控制系统动态特性参数包括响应时间、超调量、稳态误差等。

1. 响应时间响应时间是指控制系统从接收到输入信号开始，到达稳定状态所需要的时间。

响应时间短意味着系统能够更快地对外界变化做出反应，因此在对于快速变化的控制任务中尤为重要。

工程师可以通过调整系统的参数来降低响应时间，例如增加控制器的增益或优化系统的结构。

2. 超调量超调量是指控制系统在响应过程中达到的最大偏离稳定状态的幅度。

超调量的大小反映了系统的稳定性和控制精度。

太大的超调量可能导致系统不稳定或产生震荡，而过小的超调量则可能导致系统响应过于迟缓。

因此，合理地控制超调量对于优化控制系统的性能至关重要。

3. 稳态误差稳态误差是指在稳定状态下，系统输出与设定值之间的差异。

稳态误差的大小可以反映系统的精确度和偏差。

在实际工程中，稳态误差往往是无法完全消除的，但工程师可以通过增加控制增益或改进系统结构来降低稳态误差。

三、控制系统动态特性分析方法为了准确地分析控制系统的动态特性，工程师们发展了各种分析方法和工具。

下面我们介绍几种常用的方法。

1. 传递函数法传递函数法是一种基于传递函数表示的分析方法。

通过建立控制系统的传递函数模型，可以对系统的动态特性进行数学分析和仿真。

传递函数法可以帮助工程师预测系统的响应时间、超调量等指标，并进行参数调整和优化。

2. 时域分析法时域分析法是一种基于时间响应的分析方法。

通过对系统输入信号和输出信号的时序数据进行处理，可以得到系统的动态特性参数。