內(nèi)燃機測試技術03第三章試驗.ppt

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第三章試驗設計與數(shù)據(jù)整理本講要點 與教材有所區(qū)別 一 試驗設計1了解正交試驗設計等研究性試驗設計的基本知識 2重點掌握工程專題性試驗設計 大綱 的編制要點 結合納米比亞機車振動測試大綱 二 數(shù)據(jù)整理1復習有效數(shù)字與計算方法 試驗數(shù)據(jù)的圖示法 回歸分析與經(jīng)驗公式等的基本知識 2重點掌握數(shù)字信號的簡諧分析編程方法 動力機械試驗目的 1 評定產(chǎn)品的性能 2 檢查產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量 3 對產(chǎn)品的某項性能進行專題研究 動力機械試驗分類 按試驗目的分為 1 性能試驗 2 檢查性試驗 3 單項專題試驗 按內(nèi)燃機安裝情況分為 1 臺架性能試驗 2 裝機性能試驗 第一節(jié)試驗設計與測試大綱一 試驗設計概述試驗設計 針對某預期試驗目的 采用數(shù)理統(tǒng)計或經(jīng)驗方法 制定合理的試驗方案 用較少的試驗獲得全面可靠的信息 良好的試驗方案應包括設計 試驗和分析三部分 其中試驗設計是確保獲得可靠實驗結果的基礎 試驗設計的分類 考察單因素對試驗結果的影響時 試驗設計方法有完全隨機化法 隨機區(qū)組法 拉丁方方法等 考察多因素對試驗結果的影響時 試驗設計方法有全面試驗法 簡單對比試驗法 正交試驗設計法等 常用正交試驗設計法 二 多因素試驗方法幾個基本概念因子 試驗中欲考察的因素 按因子間在實驗中有無相互影響 又可分為有交互作用和沒有交互作用兩種因子 水平 每個因子在考察范圍內(nèi)分成的若干等級 指標 考察試驗結果的參數(shù) 全面試驗法和簡單對比試驗法全面試驗法 對各因子所有水平全部進行組合 總試驗次數(shù)遵循乘法原則 以三因子三水平試驗設計為例 共需進行33 27次試驗 缺點是試驗工作量太大 簡單對比試驗法 逐次固定其他因子 只變化一個因子并確定該因子的最佳值 最后組合成最佳試驗方案 以三因子三水平試驗設計為例 共需進行3 3 3 9次試驗 該方法雖然試驗次數(shù)少 但缺點是對各因子各水平不是同等對待 試驗結果缺乏代表性 正交試驗設計法正交試驗設計法可克服全面試驗法試驗次數(shù)過多和簡單對比試驗法試驗結果缺乏代表性的缺點 即有如下優(yōu)點 1 各因子各水平的分配全面均衡 每個因子的各個不同水平 在試驗中出現(xiàn)的次數(shù)相同 兩個因子的不同組合 在試驗中出現(xiàn)的次數(shù)相同 2 試驗次數(shù)較少 以三因子三水平正交試驗設計為例 在表中可選出的9個有代表性的試驗點 滿足試驗點均勻分布的要求 這就是正交試驗設計法的基本思想 工程測試大綱的編制要點 結合納米比亞機車振動測試大綱 1 測試目的2 測試項目3 測試系統(tǒng)的組成4 測試設備 工具 工裝5 測點布置及傳感器安裝位置6 測試試驗步驟7 注意事項及應急措施8 測試內(nèi)容及相關記錄表 第二節(jié)有效數(shù)字與計算方法有效數(shù)字的基本概念同數(shù)學上的定義 本節(jié)主要介紹有效數(shù)字在工程測量中的計算法則 1 記錄測量值時 只保留一位欠準數(shù)字 2 欠準數(shù)字表示末位有正負一個單位的誤差 3 末位數(shù)后的第一位數(shù)大于5時 須在欠準數(shù)字上加1 小于5時 則舍去不計 等于5時 若前一位為奇數(shù) 則加1 為偶數(shù)則舍去不計 4 當?shù)谝晃粩?shù)有效數(shù)字大于或等于8時 在計算有效數(shù)字位數(shù)時可多計一位 5 進行小數(shù)加減法運算時 結果保留位數(shù)與各數(shù)中小數(shù)點后位數(shù)最少者相同 6 進行乘除法運算時 各因子保留位數(shù) 以相對誤差最大者為標準 7 進行對數(shù)計算時 所取對數(shù)尾數(shù)應與其真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相等 8 含無限小數(shù)的特定常數(shù)等 其有效數(shù)字位數(shù)可根據(jù)需要取舍 9 大于或等于4個數(shù)計算平均值時 平均值的有效數(shù)字可增加一位 10 表示精度時 一般只取一位 最多取兩位有效數(shù)字 第三節(jié)試驗數(shù)據(jù)的圖示法試驗數(shù)據(jù)表示方法有列表法 圖示法和方程法三種 圖示法 將因變量隨自變量變化測得的數(shù)據(jù)點在所選定的坐標系中 然后描述成光滑曲線 圖示法需遵循如下規(guī)則 1 坐標系的選擇坐標系可選擇為直角坐標 對數(shù)坐標 三角坐標或極坐標 直角坐標系最常用 一般以橫坐標代表自變量 縱坐標代表因變量 坐標分度應使每一點在坐標上的位置能迅速方便地讀出 還必須考慮到實驗數(shù)據(jù)的精度 2 比例尺的選擇橫 縱坐標代表不同量綱的變量 故有各自不同的比例尺 一般所選坐標比例應使所繪制的曲線盡可能有近于1的斜率 3 曲線極值處理曲線極值點一般對試驗分析有重大作用 故在曲線極值點附近應增加測量點 4 圖示法的若干技術問題a 坐標分度值一般以低于變量最小值的某一整數(shù)作為起點 以高于變量最大值的某一整數(shù)作為終點 b 圖中所連成的光滑曲線 應盡量與所有點相接近 并使位于曲線兩側的點數(shù)大致相等 c 充分利用現(xiàn)代計算機軟件 實現(xiàn)曲線區(qū)分 數(shù)據(jù)標注等功能 第四節(jié)回歸分析與經(jīng)驗公式將試驗數(shù)據(jù)表示表示為數(shù)學公式 便于對其作進一步的數(shù)學運算 更適合計算機處理 1 回歸分析回歸分析的主要內(nèi)容是采用數(shù)理方法 從大量試驗數(shù)據(jù)中尋求變量之間相關關系的數(shù)學表達式 并對數(shù)學表達式的可信度進行統(tǒng)計檢驗 回歸分析方法 一元線性回歸分析 一元多項式回歸分析 多元線性回歸分析 非線性回歸分析等 2 最小二乘法建立擬合曲線公式的方法有多種 其中以最小二乘法最優(yōu)且最常用 設共有n點測量數(shù)據(jù) x1 y1 x2 y2 xj yj xn yn 用最小二乘法建立經(jīng)驗公式時 設xj為自變量 yj為因變量 兩變量之間總可以用一個m階多項式來逼近 即式中 B0 B1 B2 Bm為待定常數(shù) 根據(jù)最小二乘法原理 可推得如下正態(tài)方程將各點數(shù)據(jù)代入以上方程組 可解得B0 B1 B2 Bm 并求得擬合曲線公式 第五節(jié)計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1 計算機測量分析系統(tǒng)組成計算機測量分析系統(tǒng)主要包含三個組成部分 計算機主機 采集器和后臺數(shù)據(jù)分析軟件 計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 計算機主機與采集器之間由多種通信連線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和傳遞 數(shù)據(jù)傳到計算機后 利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對實測數(shù)據(jù)進行各種計算分析 計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基本功能 時域分析 簡諧分析 1 時域分析與處理由測試所得到的信號一般都是時域信號 即時間歷程 或稱時域波形 實際的時域信號往往是很復雜的 它包含有確定性信號和隨機信號 其中確定性信號又包含有周期信號和非周期信號 直接在時域內(nèi)對信導的幅值及與幅值有關的統(tǒng)計特性進行分析 稱為信號的時域分析 這種分析具有直觀感強 物理概念明確等特點 是最常用的分析方法之 主要分析內(nèi)容有 確定性信號幅值隨時間的變化關系 隨機信號幅值的統(tǒng)計特征分析 相關分析以及信號的積分和微分處理等 數(shù)字信號的幅值分析的主要內(nèi)容有 均值 絕對均值 平均功率 有效值 峰值 正峰值或負峰值 雙峰值 某一特定時刻的幅值 幅值隨時間的變化關系 峰值因素和波形因素等 零均值化在時域信號的采集中 存在著大量的干擾噪聲 如果不將這些干擾信號除去就會影響計算和分析結果 除去干擾信號通常采用濾波的方法 研究中采用零均值化除去干擾信號 其算法如下式中 有限長噪聲信號的樣本記錄 零均值化的結果 的數(shù)據(jù)長度 有效值有效值又稱為均方根值 它是信號平均能量或平均功率的一種表達方式 并且具有幅值量綱 是反映確定性信號作用強度的主要時域參數(shù) 對于長度為N的數(shù)字信號 其均值的計算公式為 信號一個時間段內(nèi) 如內(nèi)燃機一個工作循環(huán) 時域曲線的最大值max與最小值min之差的一半 即 綜合幅值 syn 單峰值信號一個時間段內(nèi) 如內(nèi)燃機一個工作循環(huán) 時域曲線的最大波峰 絕對 值 多循環(huán)平均 將若干相同工況的周期性信號進行同相位平均 以消除隨機誤差 重點 簡諧分析設信號y i 是數(shù)據(jù)長度為n 已經(jīng)過零均值化的周期性信號 即可將y i 展開為傅里葉級數(shù)式中 為數(shù)學簡諧次數(shù) 為各諧次的傅里葉系數(shù) 可由下式求出 信號頻域分析是采用傅立葉變換將時域信號y t 變換為頻域信號Y f 從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征 時域分析與頻域分析的關系 信號頻譜Y f 代表了信號在不同頻率分量成分的大小 能夠提供比時域信號波形更直觀 豐富的信息 程序示例pi 4 atn 1 n 2 125ll 2010dimxr ll xi ll x n y n wx n jx n xx n zf ll sj 50open d bak hq 9 dat forinputas 1input 1 zgoto2020input 1 p30fori 1ton40input 1 x i 50nexti60close 1z z 2fori 1tonxx i x i nextigosub200fori 1tonx i 0nextiforj 1tollfori 1tonx i x i xr j cos j 2 pi n i xi j sin j 2 pi n i nextinextj100end200rem250fori 1tollxx 0 yy 0forJ 1tonXX XX x j cos i 2 pi j n YY YY x j sin i 2 pi j n nextjxr i 2 0 XX nxi i 2 0 YY ny i sqr xr i 2 xi i 2 nexti290return 傅里葉系數(shù)計算forv 1ton 2xx 0 yy 0fori 1tonXX XX x i cos v 2 pi i n YY YY x j sin v 2 pi i n nextiA v 2 0 XX nB v 2 0 YY nM v sqr xr v 2 xi v 2 nexti