机械工程测试技术基础--机械测试大作业.docVIP

.

.

精品

精品

.

精品

HarbinInstituteofTechnology

课程大作业说明书

课程名称：机械工程测试技术基础

设计题目：测试技术与仪器大作业

院系：

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间： 2014/05/06

哈尔滨工业大学

.

.

精品

精品

.

精品

题目一信号的分析与系统特性

题目：写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。

名称

、、

波形图

三角波

0.005，0.01

0.015，0.02等

T0tT0/2A

T0

t

T0/2

A

0

教师指定

作业要求

（1）要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示出来。

（2）分析其频率成分分布情况。教师可以设定信号周期及幅值，每个学生的取值不同，避免重复。

（3）利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统的伯德图，教师设定时间常数或阻尼比和固有频率的取值，每个同学取值不同，避免重复。

（4）对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入，输入给3所分析的系统，求解其输出的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调整系统的参数。

.

.

精品

精品

.

精品

解：求解周期性三角波的傅里叶函数。

在一个周期中，三角波可以表示为：

x

常值分量a

余弦分量幅值：a

正弦分量幅值：

b

相频谱：

φ

所以x

取：

A=

则：ω

所以

x

（1）利用matlab画出三角波函数的幅频谱如下：

双边谱：单边谱：

.

.

精品

精品

.

精品

-

利用matlab画出三角波函数的相频谱如下：

（2）由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出，三角波是由一系列正弦波叠加而成，正弦波的频率由到3，5……，其幅值由8Aπ2,到8A9

（3）当时，利用matlab画出的bode图如下：

当，利用matlab画出的bode图如下：

（在这里，假定ωn=40不变，改变阻尼比

.

.

精品

精品

.

精品

(4)当时，对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。

由前知：

x

对于每一个频率成分，一阶系统的响应为：

式中，，

由于T0=2π

对于，=，3，5…，即ω=1,3,5，?。，A=8AAπ2,8AA9

A

w

0.1

0.5

0.707

7.960

7.155

6.532

3

0.851

0.493

0.379

5

0.286

0.119

0.087

（°)

w

0.1

0.5

0.707

.

.

精品

精品

.

精品

-5.7106

-26.5651

-35.2603

3

-16.700

-56.3099

-64.7573

5

-26.5651

-68.1986

-74.2046

当，对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。

对于每一个频率成分，二阶系统的响应为：

，

是系统在阻尼比为时（）做有阻尼振荡时的圆频率

当时，利用matlab中simulink进行仿真得到如下输出响应：

由结果知：为了实现近似不失真，要求。

下图绘制出了在不同的时间常数下一阶系统对于不同的ω下幅值和相位被放大和滞后的变化趋势。

.

.

精品

精品

.

精品

当时，利用matlab中simulink进行仿真利用仿真数据，得到如下输出响应：

由结果知：为了实现近似不失真，阻尼比，输入信号中不可忽视的最高频率应小于，以使A(w)=A尽量接近。

下图绘制出了在不同的ωn下二阶系统对于不同的ω

.

.

精品

精品

.

精品

参考文献

邵东向.李良主编机械工程材料测试基础.哈尔滨工业大学出版社.2003年

.

.

精品

精品

.

精品

题目二传感器综合运用

题目：如图所示的工件，根据图中所示测量要求，选用适合的传感器，设计相应的测量方案。

2）工件如图所示，要求测量出工件的刚度值，在力F的作用下头部将产生偏角（约3度）。力的大小为300N，选择力传感器，及位移传感器，设计测量方案。

作业提示：高精度的角度测量比较难，可以转换为线位移测量。

Fθ

F

θ

作业要求

（1）学生选题可以多人选一题，但是要求