下载文档原格式
作业2测试系统特性分析班级： 姓名： 学号： 成绩：一、填空题1、测试装置的结构参数不随时间变化的系统称为__时不变__系统。
若输入和输出成线性关系，则称为___线性时不变_____系统。
2、测试装置的动态特性可以用 传递 函数、 频率响应 函数和 脉冲响应 函数进行数学描述。
3、满足测试装置不失真测试的频域条件是 A(ω)=A0=常数 和 φ(ω)=−t 0ω4、已知输入信号x (t )=30cos(30t +30°)，这时，一阶装置的A (ω)=0.87，φ(ω)=−21.7°，则该装置的稳态输出表达式是_)3.830cos(1.26)( -=t t y。
二、选择题1、关于传递函数的特点，下列叙述不正确的是 C 。
A 与具体的物理结构无关 B 反映系统的传输特性 C 与输入有关 D 反映测试系统特性2、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为 B 。
A 线性度B 灵敏度C 稳定性D 回程误差3、用二阶系统作为测试装置时，影响幅值测量误差大小的参数有__ C __。
A 时间常数B 灵敏度C 固有频率和阻尼比D 回程误差4、传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为传感器的__ C __特性。
A 幅频 B相频 C 输入输出 D 静态5、用一阶系统作为测试系统，为了获得较佳的工作性能，其时间常数τ应_ B __。
A 尽量大B 尽量小C 根据系统特性而定 D无穷大6、输出信号与输入信号的相位差随频率变化的关系就是__ B ___。
A 幅频特性B 相频特性 C传递函数 D 频率响应函数7、阻尼比为___ B __的二阶系统的相频特性曲线在较宽范围内近似于直线。
A 0.5B 0.7C 1.0D 0.18、若要求信号在传输过程中不失真，则输出与输入应满足：在幅值上__ A _差一个比例因子，在时间上___ A __之后一段时间。
A 允许，允许B 允许，不允许C 不允许，允许 D不允许，不允许9、线性测试系统产生失真是由___ A _____两种因素造成的。
一二阶系统频率特性测试与分析一、引言二阶系统是控制系统中常见的一种类型，它的频率特性对系统的稳定性和性能具有重要影响。
频率特性测试是分析系统动态响应的重要手段之一，通过对二阶系统进行频率特性测试和分析，可以获取系统的幅频特性和相频特性，进一步了解系统的稳定性和性能指标。
本文将介绍二阶系统频率特性测试的基本原理和方法，并通过实例进行分析。
二、二阶系统频率特性测试原理二阶系统是由两个一阶系统级联组成的复合系统，其传递函数可以表示为：G(s)=K/((s+a)(s+b))其中K为系统的增益，a和b为系统的两个极点。
二阶系统的频率特性可以通过系统的幅频特性和相频特性来描述。
1.幅频特性：幅频特性反映了系统对不同频率输入信号的增益响应。
在频率特性测试中，可以通过给系统输入正弦信号，并测量系统输出信号的幅值与输入信号的幅值之比来得到系统的幅频特性。
一般情况下，可以使用频率响应仪或示波器进行测量。
2.相频特性：相频特性反映了系统对不同频率输入信号的相位响应。
在频率特性测试中，可以通过测量系统输出信号与输入信号的相位差来得到系统的相频特性。
一般情况下，可以使用频率响应仪或示波器进行测量。
三、二阶系统频率特性测试方法二阶系统的频率特性测试方法主要有两种，一种是激励法，另一种是响应法。
1.激励法：激励法是通过给系统输入不同频率的正弦信号，并测量系统的输出响应来获取系统的频率特性。
具体步骤如下：（1）设置输入信号的幅值和频率范围；（2）给系统输入不同频率的正弦信号，并记录系统的输出响应；（3）根据记录的数据，绘制系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。
2.响应法：响应法是通过给系统输入一个周期或多个周期的脉冲信号，并测量系统的输出响应的特性来获取系统的频率特性。
具体步骤如下：（1）设置输入信号的幅值、频率和脉冲宽度；（2）给系统输入一个周期或多个周期的脉冲信号，并记录系统的输出响应；（3）根据记录的数据，绘制系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。
（建滔化工集团成员）地址：深圳市宝安区石岩街道水田社区第二工业区石龙路73号 TEL：0755-2816 0662 2816 0371 FAX：0755-2983 9700测量系统分析综合报告按照ISO/TS 16949质量管理体系程序文件QCOP7.17测量系统分析程序》，对产品控制计划涉及的测量系统均要做MSA（测量系统分析），根据水田厂来料检查、制程控制、成品测试中测量系统的具体特性，我司坚持对相关测量器具做好校准，加大对各岗位检测人员上岗前的培训，确保每人每次测量的准确性。
水田厂坚持对各种计量器具的测量系统都做了认真系统的分析，其详细分析情况如下：1、外观目检测量系统：CCL外观分等各种原材料及半成品外观和包装的鉴定和判断，以及生产线作业的规范性主要评价技术，为相关标准的掌握程度及目视对产品外观特性的记忆和分辨能力提供重要参数，现主要考察了CCL外观分级、玻璃布的外观及安装符合性、树脂的外观判定等，做了相应的测量系统分析。
2、长度器具测量系统主要有CCL厚度、尺寸、弯弓翘曲、铜箔及玻璃布的延伸率、弓纬率、CCL方正度和尺寸稳定性等，测量仪器有千分尺、长臂测厚仪、卷尺、丁字尺、单轴测距仪等。
现主要对CCL厚度、玻璃布弓纬率及方正度等测量系统做重复性和再现性分析，结果均合格。
3、衡量测量系统：铜箔和玻璃布的标重、PP标重、树脂反应及配胶的投料，所使用测量器具如天平等，对有代表性的测量结果进行系统分析，如PP胶布重、玻璃布标重、铜箔标重等做了重复性的再现性分析。
4、热工器具测量系统：胶液的固体量、PP挥发物、流动度、玻璃布处理剂含量、CCL的TG、胶液及PP 胶粉成型时间及铜箔的烘烤试验。
仪器有电热烘箱、温度计、天平、秒表等，上述测量系统对全制程的控制较为重要，已对其部分测量仪器的测量系统做了重复性和（建滔化工集团成员）地址：深圳市宝安区石岩街道水田社区第二工业区石龙路73号 TEL：0755-2816 0662 2816 0371 FAX：0755-2983 9700 再现性的分析研究合格，如胶粉成型时间等，但对CCL燃烧性的PP挥发物，因属于破坏性试验，不宜做重复性和再现性的研究。
本方法适用于各类测量系统的影响测量结果的变异来源及其分布的分析方法。
主要包括：分辨力、偏差、线性、稳定性、重复性和再现性、假设试验分析等。
分辨力、偏差、线性、稳定性、重复性和再现性的分析方法适用于计量型测量系统的研究，假设试验分析法适用于计数型测量系统的分析，不可重复的测量系统可选用控制图法分析。
2术语2.1测量系统：是对测量单元进行量化或对被测的特性进行评估，其所使用的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境及假设的集合；也就是说，用来获得测量结果的整个过程。
2.2测量系统分析：是指检测测量系统以便更好地了解影响测量结果的变异来源及其分布的一种方法。
2.3分辨力指一测量仪器能够检测并忠实地显示相对于参考值的变化量。
2.4偏差是指测量结果的观测平均值与基准值的差值。
2.5稳定性（或称飘移）是指测量系统在某持续时间内测量同一基准或样本的单一特性时获得的测量值总变差。
2.6线性是指在测量设备预期的工作范围内，偏差值的差值。
2.7重复性即设备变差：是指由一个评价人，采用同一测量设备，多次测量同一样本的同一特性时获得的测量值变2.8 再现性即评价人变差：是指由不同的评价人，采用同一测量设备，测量同一样本的同一特性时获得的测量平均值变差。
2.9 计数型测量系统测量数值为一有限的分类数量的测量系统。
2.10计量型测量系统能获得一连串数值结果的测量系统。
3准备工作3.1应该事先决定好测量员数量，测量样本的数量及重复测量的次数。
3.2测量员应该从那些平时经常操作测量设备的人中选出。
3.3测试的样本必须从流程测量中选出，并代表该流程的控制范围，每个样本应被看作代表产品偏差的整个范围来进行分析的，每个样本将会进行多次测量，为了便于认别每个样本，必须对它们进行编号。
3.4按照指定的测量程序，确保测量方式正确。
3.5所有的分析方法都应确保每次读数的统计独立性，为了减少可能得出的错误的结果，应该采取下列步骤：a）测量必须是随机进行，以确保在分析研究中任何测岀的偏差或改变随机分布。
金融软件测试特性分析金融行业各类软件系统由于应用领域、交易的重要程度、应用人群各有不同，可能存在的安全隐患和质量上的风险也不尽相同，为了深入分析各类软件系统的特点，我们尝试从用户性质（行内、行外）、交易笔数、单笔交易金额、交易的复杂度（如币种多、客户等级多、交易种类多、交易价格浮动、实时牌价、政策约束条件多、交易的动作数）、实时程度（实时，T+0，T+I，T+2，批量等多个层次）、是否和行外系统相连接等六个维度对金融企业现有的软件应用系统进行风险分析，从更为客观全面的角度来综合考量各种金融软件系统可能存在的风险级别，然后根据ISO／IEC9126对6个软件特性、21个子特性的要求，分析和比较各类常见金融软件系统需要重点测试的软件特性，提出有针对性的测试策略和思路，才能在有限的资源和时间条件下，最大限度地做好软件测试工作，提高各类金融软件系统的质量，达到控制风险、规避风险的最终目的。
金融软件系统的风险分析1、用户性质，用户性质从大的层次可以分为行内、行外两类。
应用于行内各级管理、业务人员的软件系统一般有人事、财务、党务、培训等内部经营管理类软件系统。
相对于服务于行外用户的金融软件系统来说，经营管理软件系统可能造成的风险不大，对软件质量性能和功能的要求不高。
对于行外的用户群体来说，又存在优质客户和非优质客户的等级划分问题，关键是服务于优质客户的软件系统的相应软件质量要求较高。
2、交易笔数，交易笔数一般可采纳日交易笔数和峰值并发交易笔数两个数据，交易笔数决定了金融软件系统需要承担的并发压力，以及软件失效可能造成的影响面大小。
对于交易笔数较大的金融软件系统需要进行并发压力测试，对软件质量的要求也更高。
3、单笔交易金额，单笔交易金额的大小，决定了金融软件系统失效可能承担的资金风险。
单笔交易金额越大的系统，对软件质量要求越高。
4、交易的复杂度，交易的复杂度可以通过分析交易要素的复杂程度来界定，对于一笔金融交易业务来说，一般可以从币种数量、客户等级数、交易种类数、交易价格变动程度、相关的政策和业务规则、交易的动作数（完成一笔交易需要执行的动作数）等方面来界定。
3测试系统特性分析要进行测试，首先面临的就是如何选择和使用测试装置的的问题，从信号流的角度来看，测试装置的作用就是把输入信号（被测量）进行某种加工处理后将其输出，也就是输出信号（测试结果）。
测试装置对信号做什么样的加工，是有测试装置的特性决定的，所以测试装置的特性直接关系测试的准确度和精度。
由于受测试系统的特性以及信号传输过程中的干扰影响，输出信号的质量必定不如输入信号的质量。
为了正确地描述或反映北侧的物理量，实现“精确测试”或“不失真测试”，测试系统的选择及其传递特性的分析就显得非常重要。
测试系统是指由传感器、信号调理电路、信号处理电路、记录显示设备组成并具有获取某种信息之功能的整体。
测试系统的复杂程度取决于被测信息检测的难易程度以及所采用的实验方法。
对测试系统的基本要求是可靠、实用、通用、经济。
3.1 概述3.1.1测试系统的基本要求测试系统的组成如图3-1所示，由于测试目的和要求不同，测量对象又千变万化，此测试系统的组成、复杂程度都有很大差别。
最简单的测试系统如用来进行温度测试的仅仅是一个液柱式温度计，而较完整的动态特性测试系统，其组成相当复杂。
测试系统的概念是广义的，在测试信号流通过程中，任意连接输入、输出并有特定功能的部分，均可视为测试系统。
图3-1 测试系统与其输入、输出关系图对测试系统的基本要求就是使测试系统的输出信号能够真实地反映被测物理量的变化过程，不使信号发生畸变，即实现不失真测试。
任何测试系统都有自己的传输特性，当输入信号用x(t)表示，测试系统的传输特性用h(t)表示，输出信号用y(t)表示，则通常的工程测试问题总是处理x(t)、h(t) 和y(t)三者之间的关系，如图3-1所示，即：（1）若输入x(t )和输出y(t)是已知量，则通过输入、输出就可以判断系统的传输特性；（2）若测试系统的传输特性h(t)已知，输出y(t)可测，则通过h(t)和y(t)可推断出对应于该输出的输入信号x(t)；（3）若输入信号x(t)和测试系统的传输特性h(t)已知，则可推断和估计出测试系统的输出信号y(t)。
从输入到输出，系统对输入信号进行传输和变换，系统的传输特性将对输入信号产生影响，因此，要使输出信号真实地反映输入的状态，测试系统必须满足一定的性能要求。
一个理想的测试系统应该具有如下特征（1）输入、输出应该具有一一对应关系，即单一的、确定的输入输出关系，对应于每个确定的输入量都应有唯一的输出量与之对应。
（2）其输出和输入成线性关系，且系统的特性不应随时间的推移发生改变，满足上述要求的系统是线性时不变系统。
（3） 响应速度快。
（4） 动态测试时，必须保证信号的波形不发生失真。
因此具有线性时不变特性的测试系统为最佳测试系统。
3.1.2 线性系统及其主要特性一个线性系统的输入—输出关系可用式（3-1）的微分方程来描述： ()()()()()()()()t x b dtt dx b dtt x db dtt x d b t y a dt t dy a dt t y da dtt y d a m m m mmmn n n n nn0111101111++++=++++------（3-1）式中， x (t )——系统的输入；y (t )——系统的输出；a n ，a n -1，…，a 1，a 0和b m ，b m -1，…，b 1，b 0——系统的物理参数。
若系统的上述物理参数均为常数，则该方程为常系数微分方程，所描述的系统即为线性定常数系统或线性时不变系统。
线性时不变系统具有如下基本性质：（1）叠加性系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和，即 若x 1(t ) → y 1(t )，x 2(t ) → y 2(t )；则 x 1(t )±x 2(t ) →y 1(t )±y 2(t )。
该特性表明，作用于线性时不变系统的各输入分量所引起的输出是互不影响的。
因此，分析线性时不变系统在复杂输入作用下的总输出时，可以先将输入分解成许多简单的输入分量，求出每个简单输入分量的输出，再将这些输出叠加即可。
这就给试验工作带来很大的方便，测试系统的正弦试验就是采用这种方法。
（2）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 ) 。
（3）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 )。
（4）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⎰⎰→ttdt t y dt t x 00)()(。
（5）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 )。
非线性系统不具有这样的性质。
例如，设某系统的输入x 和输出y 间具有y =x 2的关系，若令t x 0cos ω=，则)2cos 1(210t y ω+=，显然输出的y 的频率发生变化。
通常的测试系统都可看成线性系统。
但可能存在着非线性。
用作静态测试时，测试装置如果存在着非线性时，可以实现对装置进行标定，通过修正运算或输出补偿技术来解决。
如果是用作动态测试，一般很难修正或补偿，必将导致测试结果失真。
3.2 测试装置的静态特性静态特性是在静态测试时，测试装置表现出的特性。
静态测试则是指被测试信号不随时间变化或几乎不随时间变化的测试。
在式（3-1）描述线性系统中，当系统的输入x (t )=x 0（常数），即输入信号的幅值不随时间变化或随时间的变化周期远远大于测试时间，因而输入与输出的各阶导数均为零，测试系统的微分方程变为：Sx x a b y ==（3-2）因此，理想测试系统，其输入和输出的关系是过原点的一条直线，指点的斜率为S 。
但实际的测试装置，其输入输出关系并非理想的直线，式（3-2）变为：+++=33221x S x S x S y（3-3）我们有必要对测试装置的静态特性进行研究。
描述静态特性的量有很多，主要有灵敏度、非线性度、漂移和回程误差等。
3.2.1 灵敏度在静态测量中，通常用实验测试的办法求取装置的输入、输出关系的曲线，称为定度（标定曲线），也称为校准曲线。
灵敏度就是输出增量Δy 与输入增量Δx 的比值。
即xy S ∆∆=（3-4）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。
对于理想的线性系统，其灵敏度应为常数。
灵敏度的量纲取决于输入、输出的量纲，当输入输出量纲相同时，灵敏度是一个无量纲的常数，一般称为“放大系数”。
但一般的测试装置总会存在一定的非线性，严格来说，灵敏度会随测量的变化而变化。
通常总是用校准曲线的拟合直线的斜率作为该装置的灵敏度。
拟合直线的确定通常有两种方法，一是用一条通过测量范围的上下端点的直线——端基直线作为拟合直线，而是用最小二乘法确定拟合直线，即使该直线与校准曲线见的偏差B i 的平方和∑ii B 2为最小。
3.2.2 非线性度非线性度是指装置输入、输出间保持线性关系的程度。
非线性度用标准曲线偏离其拟合直线的程度来表示。
即在装置的标称输出范围（全量程）A 内，校准曲线与拟合直线的最大偏差B 与A 的比值（图3-2）即%100B ⨯=A 非线性度（3-5）3.2.3 漂移漂移是指输入量不变，经一段时间后，因仪器内部温度变化或其他不稳定因素的影响，使输出量发生变化。
标称范围最低处的漂移，称为零漂。
（a ）校准直线与端基直线 （b ）校准曲线与拟合直线图3-2 非线性度3.2.4 回程误差理想测试桩的输入输出应该是单调的，但实际上，有的测试系统有时候会出现非单调性，即对应一个输入量，存在着多个不同的输出量。
着一边表现为输入量由小增大和由大减少时，存在着不同的定度曲线。
回程误差也称滞后量或变差，用对应于同一输入量所得的数值不同的两个输出量之差的最大值来表示（图3-3）。
图3-3 回程误差3.2.5 分辨力（率）分辨力也称灵敏阈或灵敏限，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。
对于数字测试系统，其输出显示系统的最后一位所代表的输入量极为该系统的分辨力。
对于模拟测试系统，是用其输出只是标尺最小分度值的一半所表示的输入量来表示其分辨力。
3.2.6 信噪比信号功率与干扰（噪声）功率之比，称为信噪比，记为SNR 。
并用分贝（dB ）来表示。
)(lg10dB N N SNR ns（3-6）式中，N s ，N n ——信号和噪声的功率。
有时用信号电压与噪声电压来表示，即BB)(lg20dB V V SNR ns =（3-7）式中，V s ，V n ——信号和噪声的电压。
3.3 测试装置动态特性的描述测试装置的动态特性，是指装置的输入、输出随时间变化时装置所表现出的特性。
例如，包装件跌落过程，输入输出分别为包装件表面的冲击力和内装物所承受的作用力，在整个冲击过程中，内装物所受作用力是是随冲击力不断变化而变化的。
为了描述测试装置动态特性，一般以特定信号作为输入，用其输出或输出、输入的关系来表示系统的动态特性。
3.3.1 单位脉冲响应函数当输入为单位脉冲函数时系统的输出即为单位脉冲响应函数。
设测试装置的单位脉冲响应函数为h (t )，对于任意的输入x (t )，输出y (t )可表示为： 0()()()()()y t h t x t h x t d τττ∞=*=-⎰（3-8）即输入信号与单位脉冲响应函数的卷积，其物理意义如图3-4所示，输入x (t )可以分解为许多宽度为Δτ的一个个矩形脉冲之和，t =nΔτ时的第n 个矩形脉冲的高度为x (nΔτ)，当Δτ趋近于零时，矩形脉冲变为单位冲激信号，冲激强度可以看做是矩形脉冲的面积；在t =nΔτ时刻，矩形脉冲引起的响应为x (nΔτ)²Δτ²h (t -nΔτ)；各脉冲引起的响应之和就为输出y (t )即为：00()lim()()()()()()n y t x n h t n h x t d h t x t τττττττ∞∆→=∞=∆∆-∆=-=*∑⎰(3-9)由此看出，单位脉冲响应必须满足t <0时，h (t )=0的条件，这是由于仅当有脉冲作用后，原来处于静止的系统才会有响应产生。
图3-4 卷积的物理意义x3.3.2 阶跃响应函数输入为单位阶跃函数u (t )如图3-5所示时，系统输出g (t )为阶跃响应函数。
阶跃响应是脉冲响应函数的积分。
这是由于当把x (t )= u (t )代入式（3-8）中，()()()()g t h u t d h d τττττ∞∞=-=⎰⎰（3-10）反之，脉冲响应函数则是阶跃响应函数的导数，即()()d h g t dt τ=（3-11）图3-5 单位阶跃函数3.3.3 传递函数若y (t )为时间变量t 的函数，当t ≤0时，有y (t )=0，则y (t )的拉普拉斯变换Y (s )定义为： ⎰∞-=)()(dt et y s Y st（3-12）式中，s ——复变量，s j αω=+，α>0；记作Y (s )=L[y (t )]，其逆变换记为y (t ) =L -1[Y (s )]。
