油气井工程测量理论与方法2-1(测量仪器基本特征).ppt

1、也就是说，理想线性系统的输出和输入是单调线性的关系。也就是说，输入和输出关系是理想直线，斜率是常数。但是，实际测试系统不是理想常数线性系统。输入，输出曲线不是理想线。静态输入x，输出y之间的关系通常可以用多项式代数方程表示。也就是说，在表达式中：A0是零点输出。A1是线性项目系数(或灵敏度)。A2，an是非线性系数。通常使用线性拟合方法进行线性化。线性度反映了测量系统的实际输出，输入关系曲线偏离相应拟合的理想线的程度。通常显示为最大非线性参考误差。也就是说，样式：线性；校正曲线和拟合线之间的最大偏差；通过拟合直线表达式计算的总范围输出值。(2)灵敏度，分辨率灵敏度：对于稳定的系统，输出变化与输

2、入变化的比率称为系统的灵敏度。反映了值变化对实测参数变化的敏感度的仪器。(通常适用于模拟系统。)灵敏度是有尺寸的，当输入和输出是相同特性的量时，如果采取相同的单位和尺寸，灵敏度也可以称为放大倍数。分辨率：更改测量仪器显示值的最小输入量的更改值称为分辨率。也就是说，在输出量发生变化时，输入量的最小变化量称为检测系统的分辨率比，(3)延迟(返回错误)测量装置的正(输入增加)和反转(输入减少)特性不匹配的程度。即，对应于相同的大小输入信号，传感器或检测系统的正、行程时的输出信号值不相同，由对应于相同输入值的正、负输出信号的差异表示。由实验决定。(4)稳定性和漂移稳定性是指测量系统在特定条件下保持测量

3、特性不变的能力，通常是不受时间影响的设备的能力，温度，压力等特定条件。漂移，特定条件下固定输入的变化的系统说明，通常指时间条件，尤其是温度等。第三个动态特性，第一，用于测量系统的数学模型对动态测量的系统必须理解动态特性，即输入量变化时测量系统的输出特性。只有这样，才能根据测量的输出准确地确定要测量的输入量，确定测量系统的选择是否适当，以及测量时发生的错误。要研究大卫亚设，北美国电视电视剧(Northern Exposure)，测量系统的动态特性，必须用测量系统的数学模型，常数线性微分方程，即数学语言来说明测量系统的输出(测量结果)Y和输入(测量)X之间的关系。在静态测量中，输出量Y仅与输入量X

4、本身的大小相关。在动态测量中，由于测量系统具有惯性或阻尼的分量，因此如果输入量x随时间变化，则输出量y不能立即变化。因此，输出量Y不仅与输入量X的大小有关，还与X的变化速度、加速度等有关。实际上，正确设置测量系统的数学模型很困难，建立也很难解决。因此，往往采取近似的方法，只考虑主要因素。例如，仅考虑惯性、阻尼、变形和能量存储传记组件(电感、电容等)的影响，它们对动态特性影响很大。变形小的机械零件、每个传记组件的理想纯电阻、纯电感、纯电容等。在这种近似之后，通常可以使用常数线性微分方程表达式作为描述测量系统动态特性的数学模型。方程式的通式是方程式：x-输入；Y-输出A1、a2、am、B1、B2、

5、BM等是常数。n表示度数。2，在常数线性系统的重要特性正常状态下，常数线性系统的输出信号频率等于输入信号的频率。这是常数线性系统的频率不变特性。如果系统的输入是特定频率的正弦信号，则系统的正常状态输出也是相同频率的正弦信号。要描述测量系统的动态特性，必须使用传输函数和频率响应函数将相应的输出与输入相关联。3传递函数，复杂的频域分析不是直接在时间区域分析和解决，而是转换为复杂频域范围的线性动态电路分析方法。使用的工具是拉普拉斯变换。拉普拉斯变换解析常量变量应用同质微分方程，已知时域函数转换频域函数，时域微分方程频域函数代数方程，故障诊断。时域函数f(t)的拉氏变换：其中s=j称为复频。F(s)是

6、称为f(t)的图像函数，f(t)是F(S)的原始函数。引入拉普拉斯变换的主要优点之一是，可以使用函数传输代替微分方程来说明系统的特性。拉普拉斯变换的重要性在于将信号从时间区域转换到复杂的频域(S域)。线性常微分方程，是线性系统研究的重要工具。拉普拉斯变换、傅里叶变换都是积分变换，但是比拉普拉斯变换、傅里叶变换更具适用性、线性系统、控制自动化系统的稳定性分析中被广泛应用。如果系统的初始条件为0，即在视察时(t=0)之前，输入量、输出量各阶导数为0，常微分表达式拉普拉斯变换，系统的传递函数为输入，输出初始条件为零下，线性常数系统的输出量y(t，开环传递函数：主反馈中断后，初始条件为0时，系统输出闭

7、环传递函数：系统在闭环状态下工作，初始条件为0时系统输出量与输入量的拉氏变换之比。概括地说，反映了微分方程、传递函数、测量系统的动态特性，分别在时间域内、服刑内描述了系统。要了解未知系统的动态特性，首先通过实验方法求出频率特性，用races变量S替换变量J，就能得到系统的传递函数。把变量换回微分符号d/dt，就可以深入研究测量系统的常数系数微分方程，进而研究系统的各种特性。3，振动链接(二次系统)传递函数：运动方程：T是时间常数，n=1/T是无阻尼自然频率，衰减比，K是放大系数。属于牙齿链路的RLC网络等有两个茄子能量存储源C和L牙齿，输入量发生突变时系统的两个茄子能力转换为徐璐产生振动，牙齿

8、过程逐渐从能量消耗源中消耗，最后振动结束后系统重新平衡。4，点链接，转发函数：运动方程：属于点链接的点放大器等。5.纯微分环传递函数：属于纯微分节的运动方程，如速度计发电机。6，一阶微分链接传递函数：运动方程：输出量y(t)比的特征是输入量x(t)和一阶导数之和。一阶微分环在物理系统中不独立存在，在运动特性上是类型。7，二阶未微分链接传递函数：运动方程：输出量y(t)比，特征是输入量x(t)与主导数和次导数之和。二阶微分链接在物理系统中也不独立存在。总之，表示系统或元件存在的7茄子基本运动形式不是特定的物理设备和元件。典型的链接可以表示各种物理组件或系统的运动规律。类似地，当对相同的组件、输入

9、和输出采取不同的变量时，传输函数也是其他典型的链接配置，5，系统时域分析、分析和设计系统的第一个任务是系统的数学模型确定。完成合理、易于分析的数学模型构建后，可以分析配置的系统，提高系统性能。1)典型输入信号和时域性能指标的典型输入信号：系统的输出响应取决于系统本身的结构参数、初始状态和输入信号格式。初始状态可以是统一的规定，例如零初始状态。将重新输入信号指定为统一的格式，系统本身的结构、参数等决定了系统的响应，因此比较和研究各种系统更加容易。系统常用的典型输入信号格式如下：步骤1:函数定义格式中的U是称为步骤函数步骤值的常数。U=第一阶段函数称为单位阶跃函数，以1(t)记录。单位阶跃函数拉普

10、拉斯变换是1/s。T=0的阶段信号等于命令的突然转换、电源供应设备的突然连接、负载的突变等不变信号突然添加到系统中。2，坡度函数定义牙齿函数等于给后续系统添加恒定速度变化的信号。恒定速度是U。U=1时，称为单位坡度函数。单位斜度函数拉普拉斯变换为1/s2。3.单位脉冲函数(T)定义为单位脉冲函数积分面积。拉普拉斯变换为1。单位脉冲函数在现实中不存在，它只有数学上的意义。在系统分析中，它是重要的数学工具。此外，实际上还有很多类似脉冲信号的信号，例如脉冲电压信号、冲击、阵风等。4，正弦函数定义a为振幅，角频率。拉氏变换是通过正弦函数输入信号，得到各种频率正弦输入函数系统的稳定响应，从而间接判断系统

11、的性能。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视电视剧)，综上所述，研究动态特性的标准输入形式一般有两种：阶段输入和正弦输入。步骤输入和输入用于时域分析，后者用于频域分析。2)切换进程1，当确定切换进程的要素输入信号规律发生变化时，系统从一种平衡状态(正常状态)切换到一种新的平衡状态(正常状态)。牙齿过程中产出量的变化规律称为切换过程。系统切换过程取决于三个茄子因素：系统结构参数、输入信号格式和初始条件。2，评估系统在单元阶段响应和性能指标期间的临时性能，通常基于系统对单元阶段输入信号的临时响应。在牙齿情况下，系统的临时响应曲线称为单位步长响应或单位切换属性，典型单位步

12、长输入信号下的临时响应曲线如图所示。1，1 .延迟TD是输出响应首次达到正常状态值的50%所需的时间。2.上升时间tr表示输出响应从稳定值的10%上升到90%所需的时间。对于具有振动的系统，响应从0到第一次达到正常状态值所需的时间。3.最长时间TP是输出响应超过正常状态值到达第一个峰值(即y(tp)所需的时间。4.曹征时间ts是输出量y(t)和稳定值Y()之间的偏差达到允许范围(通常为2%或5%)后不再超过牙齿值所需的最小时间。5.超出(或超出)最大值p%表示在临时期间输出响应的最大值超过正常状态值的百分比。6.正常状态误差ess表示系统输出的实际值与所需值之间的差值。这些指标中的峰值时间TP

13、、上升时间tr和延迟时间TD都表示系统对初始阶段的响应速度。曹征时间ts表象系统切换流程(临时流程)的持续时间总体上反映了系统的快速性。超容量p%标志瞬态过程的稳定性；稳态误差反映了系统再现输入信号的最终精度。3)主系统的单位步长响应1，0次系统：输入，输出关系y=kx b 0次系统输出完全跟随没有时间延迟的输入变化。第二，第一系统可以用第一微分方程描述的输入、输出之间的关系称为第一系统。现实生活中有很多物理现象可以用主要微分方程来描述，例如位移和力、电容、电流、电压之间的关系。，弹簧阻尼系统，R-C系统，第一系统的闭环传递函数：形式的T称为时间常数，是表示系统惯性的重要参数。第一系统的开环传

14、递函数：对于单位步数输入x(t)1，拉普拉斯变换为X(s)1/s，通过拉普拉斯逆变换接收第一系统步数输入的动态响应为：时间常数越小越好。由此可见，第一系统的阶段响应是初始值为0，根据金志洙规律上升到正常状态值1的曲线(见图)。您可以从系统的输出响应中获得以下性能：1 .因为Y(t)的最终值为1。当T=T时，Y(T)=0.632。这表明系统的单位步长响应达到正常状态值的63.2%时的时间为系统的时间常数T。单位步长响应曲线的初始斜率为：也就是说，如果主系统的单位步长响应以初始速度上升到正常状态值1，则所需时间与T完全相同。由于没有超调，系统的动态性能指标主要是曹征时间ts。从响应曲线中可以看出：

15、t=3T，y(t)=0.95，ts=3T(按5%误差皮带)；T=4T时c(t)=0.98，因此ts=4T(基于2%误差皮带)。4)二次系统的单元阶段响应的典型二次系统可以使用二次微分方程描述的系统称为二次系统。工程学科实践中不缺乏二次系统。特别是，很多高维系统在特定条件下可以作为二次系统的特性进行近似表征。因此，研究一般二次系统的分析和计算方法具有重要的现实意义。典型二次系统动态结构图表系统开环传输函数系统的闭环传输函数。传输函数，称为一般二次系统。其中是典型二次系统的阻尼比(或相对阻尼比)，N是无阻尼振动频率或自然振动角频率。都是系统参数。系统闭环传递函数分母将零结果方程称为系统的特征方程。

16、典型二次系统的特征方程如下：两个特征布线为，01，这称为欠阻尼状态。特征根是一对实部为负的共轭复数根。其暂时反应称为振动，=1，临界制动状态。特征布线是两个相同的负实际布线。1，称为过阻尼状态。特征布线是两个不相等的负实际布线。临界阻尼系统和超阻尼系统的瞬态响应均不振动。=0，称为无阻尼状态。特征管线是一对纯虚拟管线。瞬态响应转变为同振幅，N是二次系统的两个茄子重要参数，系统响应特性由牙齿两个参数完全说明。二次系统的阶段响应可以从单位阶跃函数作用中得到一般的二次系统单位阶段响应，从二次系统输出的rases变换到Y(s)的rases变换。因为特征根S1，2与系统阻尼比相关。当阻尼比为不同的值时，

17、单位步长响应的形式不同，分析二次系统的瞬态特性的情况如下。由于a，欠阻尼(01) 0 1，系统的共轭复数根对可以在输入信号为单位阶跃函数时记录系统输出的拉普拉斯变换，在输入信号为单位阶跃函数时记录系统输出的拉普拉斯变换，如下所示：形式中：对上层的拉氏逆变换，低衰减二次系统的单位阶跃响应为：自上而下低阻尼二次系统的单元步长响应由两部分组成。第一个是正常状态元件，第二个是暂时元件。具有指数减少的阻尼的正弦振动。系统的响应是阻尼振动波形，系统有过音。b，临界阻尼情况(=1)=1时，系统具有两个相同的负实际根。换句话说，在单位阶跃函数作用下，输出量的拉普拉斯变换是：潘拉先生转换如上。临界制动二次系统的单位步长响应是稳态值为1的非