內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技術(shù)03第三章試驗(yàn).ppt

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第三章試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)整理本講要點(diǎn) 與教材有所區(qū)別 一 試驗(yàn)設(shè)計(jì)1了解正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等研究性試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本知識(shí) 2重點(diǎn)掌握工程專題性試驗(yàn)設(shè)計(jì) 大綱 的編制要點(diǎn) 結(jié)合納米比亞機(jī)車振動(dòng)測(cè)試大綱 二 數(shù)據(jù)整理1復(fù)習(xí)有效數(shù)字與計(jì)算方法 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖示法 回歸分析與經(jīng)驗(yàn)公式等的基本知識(shí) 2重點(diǎn)掌握數(shù)字信號(hào)的簡(jiǎn)諧分析編程方法 動(dòng)力機(jī)械試驗(yàn)?zāi)康?1 評(píng)定產(chǎn)品的性能 2 檢查產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量 3 對(duì)產(chǎn)品的某項(xiàng)性能進(jìn)行專題研究 動(dòng)力機(jī)械試驗(yàn)分類 按試驗(yàn)?zāi)康姆譃?1 性能試驗(yàn) 2 檢查性試驗(yàn) 3 單項(xiàng)專題試驗(yàn) 按內(nèi)燃機(jī)安裝情況分為 1 臺(tái)架性能試驗(yàn) 2 裝機(jī)性能試驗(yàn) 第一節(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)試大綱一 試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述試驗(yàn)設(shè)計(jì) 針對(duì)某預(yù)期試驗(yàn)?zāi)康?采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)方法 制定合理的試驗(yàn)方案 用較少的試驗(yàn)獲得全面可靠的信息 良好的試驗(yàn)方案應(yīng)包括設(shè)計(jì) 試驗(yàn)和分析三部分 其中試驗(yàn)設(shè)計(jì)是確保獲得可靠實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的分類 考察單因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響時(shí) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有完全隨機(jī)化法 隨機(jī)區(qū)組法 拉丁方方法等 考察多因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響時(shí) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有全面試驗(yàn)法 簡(jiǎn)單對(duì)比試驗(yàn)法 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法等 常用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法 二 多因素試驗(yàn)方法幾個(gè)基本概念因子 試驗(yàn)中欲考察的因素 按因子間在實(shí)驗(yàn)中有無(wú)相互影響 又可分為有交互作用和沒(méi)有交互作用兩種因子 水平 每個(gè)因子在考察范圍內(nèi)分成的若干等級(jí) 指標(biāo) 考察試驗(yàn)結(jié)果的參數(shù) 全面試驗(yàn)法和簡(jiǎn)單對(duì)比試驗(yàn)法全面試驗(yàn)法 對(duì)各因子所有水平全部進(jìn)行組合 總試驗(yàn)次數(shù)遵循乘法原則 以三因子三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)為例 共需進(jìn)行33 27次試驗(yàn) 缺點(diǎn)是試驗(yàn)工作量太大 簡(jiǎn)單對(duì)比試驗(yàn)法 逐次固定其他因子 只變化一個(gè)因子并確定該因子的最佳值 最后組合成最佳試驗(yàn)方案 以三因子三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)為例 共需進(jìn)行3 3 3 9次試驗(yàn) 該方法雖然試驗(yàn)次數(shù)少 但缺點(diǎn)是對(duì)各因子各水平不是同等對(duì)待 試驗(yàn)結(jié)果缺乏代表性 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法可克服全面試驗(yàn)法試驗(yàn)次數(shù)過(guò)多和簡(jiǎn)單對(duì)比試驗(yàn)法試驗(yàn)結(jié)果缺乏代表性的缺點(diǎn) 即有如下優(yōu)點(diǎn) 1 各因子各水平的分配全面均衡 每個(gè)因子的各個(gè)不同水平 在試驗(yàn)中出現(xiàn)的次數(shù)相同 兩個(gè)因子的不同組合 在試驗(yàn)中出現(xiàn)的次數(shù)相同 2 試驗(yàn)次數(shù)較少 以三因子三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)為例 在表中可選出的9個(gè)有代表性的試驗(yàn)點(diǎn) 滿足試驗(yàn)點(diǎn)均勻分布的要求 這就是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基本思想 工程測(cè)試大綱的編制要點(diǎn) 結(jié)合納米比亞機(jī)車振動(dòng)測(cè)試大綱 1 測(cè)試目的2 測(cè)試項(xiàng)目3 測(cè)試系統(tǒng)的組成4 測(cè)試設(shè)備 工具 工裝5 測(cè)點(diǎn)布置及傳感器安裝位置6 測(cè)試試驗(yàn)步驟7 注意事項(xiàng)及應(yīng)急措施8 測(cè)試內(nèi)容及相關(guān)記錄表 第二節(jié)有效數(shù)字與計(jì)算方法有效數(shù)字的基本概念同數(shù)學(xué)上的定義 本節(jié)主要介紹有效數(shù)字在工程測(cè)量中的計(jì)算法則 1 記錄測(cè)量值時(shí) 只保留一位欠準(zhǔn)數(shù)字 2 欠準(zhǔn)數(shù)字表示末位有正負(fù)一個(gè)單位的誤差 3 末位數(shù)后的第一位數(shù)大于5時(shí) 須在欠準(zhǔn)數(shù)字上加1 小于5時(shí) 則舍去不計(jì) 等于5時(shí) 若前一位為奇數(shù) 則加1 為偶數(shù)則舍去不計(jì) 4 當(dāng)?shù)谝晃粩?shù)有效數(shù)字大于或等于8時(shí) 在計(jì)算有效數(shù)字位數(shù)時(shí)可多計(jì)一位 5 進(jìn)行小數(shù)加減法運(yùn)算時(shí) 結(jié)果保留位數(shù)與各數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少者相同 6 進(jìn)行乘除法運(yùn)算時(shí) 各因子保留位數(shù) 以相對(duì)誤差最大者為標(biāo)準(zhǔn) 7 進(jìn)行對(duì)數(shù)計(jì)算時(shí) 所取對(duì)數(shù)尾數(shù)應(yīng)與其真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相等 8 含無(wú)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(gè)數(shù)計(jì)算平均值時(shí) 平均值的有效數(shù)字可增加一位 10 表示精度時(shí) 一般只取一位 最多取兩位有效數(shù)字 第三節(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖示法試驗(yàn)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(cè)得的數(shù)據(jù)點(diǎn)在所選定的坐標(biāo)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(biāo)系的選擇坐標(biāo)系可選擇為直角坐標(biāo) 對(duì)數(shù)坐標(biāo) 三角坐標(biāo)或極坐標(biāo) 直角坐標(biāo)系最常用 一般以橫坐標(biāo)代表自變量 縱坐標(biāo)代表因變量 坐標(biāo)分度應(yīng)使每一點(diǎn)在坐標(biāo)上的位置能迅速方便地讀出 還必須考慮到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度 2 比例尺的選擇橫 縱坐標(biāo)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(biāo)比例應(yīng)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(diǎn)一般對(duì)試驗(yàn)分析有重大作用 故在曲線極值點(diǎn)附近應(yīng)增加測(cè)量點(diǎn) 4 圖示法的若干技術(shù)問(wèn)題a 坐標(biāo)分度值一般以低于變量最小值的某一整數(shù)作為起點(diǎn) 以高于變量最大值的某一整數(shù)作為終點(diǎn) b 圖中所連成的光滑曲線 應(yīng)盡量與所有點(diǎn)相接近 并使位于曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相等 c 充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件 實(shí)現(xiàn)曲線區(qū)分 數(shù)據(jù)標(biāo)注等功能 第四節(jié)回歸分析與經(jīng)驗(yàn)公式將試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示表示為數(shù)學(xué)公式 便于對(duì)其作進(jìn)一步的數(shù)學(xué)運(yùn)算 更適合計(jì)算機(jī)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(yàn)數(shù)據(jù)中尋求變量之間相關(guān)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式 并對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的可信度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn) 回歸分析方法 一元線性回歸分析 一元多項(xiàng)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(shè)共有n點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù) x1 y1 x2 y2 xj yj xn yn 用最小二乘法建立經(jīng)驗(yàn)公式時(shí) 設(shè)xj為自變量 yj為因變量 兩變量之間總可以用一個(gè)m階多項(xiàng)式來(lái)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(diǎn)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1 計(jì)算機(jī)測(cè)量分析系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)測(cè)量分析系統(tǒng)主要包含三個(gè)組成部分 計(jì)算機(jī)主機(jī) 采集器和后臺(tái)數(shù)據(jù)分析軟件 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)主機(jī)與采集器之間由多種通信連線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和傳遞 數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)后 利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算分析 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)基本功能 時(shí)域分析 簡(jiǎn)諧分析 1 時(shí)域分析與處理由測(cè)試所得到的信號(hào)一般都是時(shí)域信號(hào) 即時(shí)間歷程 或稱時(shí)域波形 實(shí)際的時(shí)域信號(hào)往往是很復(fù)雜的 它包含有確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào) 其中確定性信號(hào)又包含有周期信號(hào)和非周期信號(hào) 直接在時(shí)域內(nèi)對(duì)信導(dǎo)的幅值及與幅值有關(guān)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析 稱為信號(hào)的時(shí)域分析 這種分析具有直觀感強(qiáng) 物理概念明確等特點(diǎn) 是最常用的分析方法之 主要分析內(nèi)容有 確定性信號(hào)幅值隨時(shí)間的變化關(guān)系 隨機(jī)信號(hào)幅值的統(tǒng)計(jì)特征分析 相關(guān)分析以及信號(hào)的積分和微分處理等 數(shù)字信號(hào)的幅值分析的主要內(nèi)容有 均值 絕對(duì)均值 平均功率 有效值 峰值 正峰值或負(fù)峰值 雙峰值 某一特定時(shí)刻的幅值 幅值隨時(shí)間的變化關(guān)系 峰值因素和波形因素等 零均值化在時(shí)域信號(hào)的采集中 存在著大量的干擾噪聲 如果不將這些干擾信號(hào)除去就會(huì)影響計(jì)算和分析結(jié)果 除去干擾信號(hào)通常采用濾波的方法 研究中采用零均值化除去干擾信號(hào) 其算法如下式中 有限長(zhǎng)噪聲信號(hào)的樣本記錄 零均值化的結(jié)果 的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 有效值有效值又稱為均方根值 它是信號(hào)平均能量或平均功率的一種表達(dá)方式 并且具有幅值量綱 是反映確定性信號(hào)作用強(qiáng)度的主要時(shí)域參數(shù) 對(duì)于長(zhǎng)度為N的數(shù)字信號(hào) 其均值的計(jì)算公式為 信號(hào)一個(gè)時(shí)間段內(nèi) 如內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán) 時(shí)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(hào)一個(gè)時(shí)間段內(nèi) 如內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán) 時(shí)域曲線的最大波峰 絕對(duì) 值 多循環(huán)平均 將若干相同工況的周期性信號(hào)進(jìn)行同相位平均 以消除隨機(jī)誤差 重點(diǎn) 簡(jiǎn)諧分析設(shè)信號(hào)y i 是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為n 已經(jīng)過(guò)零均值化的周期性信號(hào) 即可將y i 展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)式中 為數(shù)學(xué)簡(jiǎn)諧次數(shù) 為各諧次的傅里葉系數(shù) 可由下式求出 信號(hào)頻域分析是采用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)y t 變換為頻域信號(hào)Y f 從而幫助人們從另一個(gè)角度來(lái)了解信號(hào)的特征 時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系 信號(hào)頻譜Y f 代表了信號(hào)在不同頻率分量成分的大小 能夠提供比時(shí)域信號(hào)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(jì)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