闭环特性测试

闭环特性测试（精选三篇）

闭环特性测试 篇1

关键词：高压开关电源,开环,反馈系统,闭环,稳压

随着高功率、长寿命、高重复频率脉冲功率技术的不断发展,对开关电源的技术要求也越来越高,进而推动了开关技术的发展[1,2,3]。国外开关电源的发展起源于20世纪50年代,美国宇航局为搭载火箭开发了第一个开关电源,该电源具有体积小、重量轻等优点,从此开关电源的发展向小型化、模块化等方向发展[4,5,6]。与国外发展情况相比,国内开关电源技术起步比较晚、技术相对落后,国外品牌占据了模块电源市场很大一部分,我国从80年代开始就对高频高压开关电源进行整体研究,经过近30多年的努力,目前已经取得了一定的进展,相关产品相继问世[7,8,9,10,11]。本文研制出一台紧凑型、重复频率的高压开关电源,该电源具有体积小、成本低、输出电压瞬时峰值较大等优点,由于研制的高压开关电源具有开环特性,不能满足开关电极稳定触发要求,所以加入反馈系统构成闭环结构,从而达到稳压目的,使得开关电极能够稳定触发。

1 高压开关电源开环系统

1.1 高压开关电源开环系统组成

高压开关电源开环系统组成实物图如图1所示。系统主要由6部分组成,分别是触发脉冲电源控制部分、触发脉冲电源信号形成部分、AC-DC电源部分、传输线部分、脉冲变压器部分、负载部分。其中触发脉冲电源信号形成部分由6个场效应晶体管组成(5个场效应晶体管并联在电路中控制低压输出,一个串联在电路中控制高压输出),可大幅减少触发时刻的漂移;传输线部分采用双绞线结构,用于传输脉冲变压器的次级脉冲电压到高压输出单元,抵御外界电磁波干扰;脉冲变压器部分由磁开关和变压器两部分组成,其作用是将高压脉冲电源产生电压放大到所需要的高压;负载部分实际上相当于电容分压器(由电容与电阻并联在各自串联得到),分压比为1∶100,目的是测试高压开关电源开环输出特性。

1.2 高压开关电源开环仿真

为了对上述高压开关电源在开环情况下工作性能进行研究,采用Matlab/Simulink软件对其进行建模,得到如图2所示的高压开关电源开环电路仿真模型图。根据给出的高压开关电源开环电路图进行计算机仿真,得到如图3所示给定正脉冲条件下的输出电压波形,从图中当可知,当高压开关电源仿真为8μs时输出电压为84 k V,电压上升沿为500 ns,半脉宽为2.4μs。从而可知,高压开关电源在开环情况下输出电压峰值30~210 k V可调且电压正负可转换,但输出电压稳定性差,这样不利于高压开关电源对开关电极稳定触发。

1.3 高压开关电源开环实验

为验证高压开关电源开环仿真结果,现以罐体、数字示波器、高压开关电源、传输线、变压器等器件搭建高压开关电源系统测试实物连接图,如图4所示。将开关电极放入充有纯SF6气体的密封罐体内,并将电极两端与高压开关电源正负极相连接,启动开关后高压开关电源向电极充电,通过自耦变压器改变输入电压大小进而使得开关电极击穿,从而得到瞬时输出电压实验波形如图5所示。其中衰减器的衰减倍数为60 d B,从图中可知高压开关电源在给定负脉冲的情况下,仿真时间为4μs时输出瞬时电压峰值为-100k V,系统上升沿为560 ns,半脉宽为1.4μs。虽实验与仿真结果基本一致且与给定性能指标相接近,但其输出电压在持续时间内难以保持稳定,这不利于高压开关电源对电极稳定触发,还有待改善。

2 高压开关电源闭环系统

2.1 高压开关电源闭环系统组成

为弥补高压开关电源开环系统的上述缺点,能使输出电压在一段时间内稳定在某电压值上,对研制的高压开关电源增加反馈系统,从而达到稳压效果。反馈系统主要由两大部分组成。

第一部分加入光电耦合器。一般的高压开关电源反馈部分可直接使用输出电压分压经过PWM控制器来调节电压,此种做法虽电路简单,但输入电压与输出电压共地,不仅容易发生危险,而且电源在高速工作时容易产生电磁干扰,综合各方面因素考虑此种方法不可行,因此在电源反馈部分加入光电耦合器。光电耦合器一般有线性和非线性两种类别,在实际应用中一般选用线性光电耦合器,因为线性光耦可传输电信号并随其信号的变化而产生相对应的光信号,从而达到隔离目的。

第二部分加入PWM控制器。PWM控制器是高压开关电源闭环控制的核心,其能产生脉冲宽度可调且频率固定的驱动信号来控制MOSFET的通断,进而调节输出电压的高低,从而达到稳压目的。PWM控制器有电压型控制器和电流型控制器两种,本文采用电流型控制器,其是在电压型控制器的基础之上加入电流环,当误差电压信号输入到PWM比较器后并不像电压型控制器那样与三角波进行比较,而是与一个变化的三角波进行比较,通过改变脉冲宽度来调节输出电压。

2.2 高压开关电源闭环工作原理及仿真

加入反馈系统的开关电源结构如图6所示。其工作原理为:首先将220 V、50 Hz交流电经过自耦变压器输入到开关电源整流电路中,经过整流滤波电路将其变成直流电压输入到电路中,通过MOSFET管的高频通断使其成为高频方波电压,再经过高频变压器的升降压得到输出电压,此时输出电压大约为600~800 V,最后经由电容C2、磁开关S、高频变压器U3组成高压输出单元输出所需的高压电;由于某种原因使得输出电压降低,则分压电阻R2上电压也降低,流经光电耦合器的电压减小,则减小的误差电压信号流入PWM比较器与一个变化的、峰值代表电流电感峰值的三角波信号相比较,使占空比增大,从而增大电压,起到调节输出电压作用,达到稳压效果。

为验证高压开关电源加入反馈系统的稳压情况,采用Pspice仿真软件对加入稳压系统的高压开关电源进行仿真。仿真结果如图7所示。从图中可知该高压开关电源的上升沿为600 ns,仿真时间为25μs,输出电压稳定在154 k V,且稳定时间为20μs。从而可知,加入反馈系统的高压开关电源相较于开环高压开关电源具有良好的稳压特性。

3 结束语

测试技术教案-基本特性 篇2

测试装置的基本特性

第一节 测试装置的静态特性

测试装置的静态特性就是当测试装置输入一个基本上不随时间变化的是常量时，输入与输出之间的关系。主要研究在静态测量情况下实际测试装置与理想的定常线性系统的接近程度。

一、线性度：就是指测量装置输出、输入之间保持常值比例关系的程度。

在静态测量情况下，用实验来确定的被测量和测量装置示值之间的关系曲线，称为校准曲线。为了方便，总是用直线来拟合校准曲线，称为拟合直线。线性度就是校准曲线接近拟合直线的程度。

作为技术指标，则采用线性误差（非线性误差）来表示。如图所示。

二、灵敏度（S）：当测试装置的输入x有一个变化量x时，它引起输出y发生相应的变化量y，则x与y的比值就是灵敏度。

对一般的系统来说，灵敏度实际上就是标准曲线上各点的斜率。如果是曲线，则不是一个常数，而对于直线来说则是常数。尽管如此，却总是用标准曲线的拟合直线的斜率来作为该测试装置的灵敏度。

三、回程误差：

也称滞后或变差。实际的测试装置在同样的测试条件下，当输入量由大变

小和由小变大时，对于同一输入；输入量所得到的；两个输出量却往往存在着差值。把在全测量范围内，最大的差值h称为回程误差。

四、稳定度和漂移

1、稳定度：是指测量装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力。

2、漂移：测量装置的测量特性随时间的变化。

五、理想的静态特性：就是定常系统。即y=kx，k为常值。

六、例题

某测试装置的输出与输入之间的实际关系曲线为y=2x-x

2x[0，1]，若用过该曲线（0，0）的切线代替装置的实际特性，试计算装置的灵敏度和非线性误差。

第三节

测试装置的动态特性的数学描述

一、传递函数

1、定义：在初始条件为零时，输出量的拉氏变化与输入量的拉氏变化之比，记为H（S）=Y（S）/X（S）。

2、一般系统的传递函数：

3、典型的一阶系统的传递函数

4、典型的二阶系统的传递函数

二、频率响应函数

（一）幅频特性、相频特性、频率响应函数

1、频率响应函数及物理意义（１）输入信号为一个正弦信号（２）输出信号（３）定义：H（j）为装置的频率响应函数。

A（）=H（j）为幅频特性 （）=H(j)为相频特性

2、一阶装置的频率响应

=0时，A（）=1，（）=0； =1/时，A（）=1/2，（）=-/4； >>1/时，A（）0，（）=-/2。

特点：（1）相当于一个低通滤波器；

（2） ，A（），（）；

（3）越小，失真小的工作范

围越大，所以应该尽量减小。

3、二阶装置的频率响应

特点：（1）从整体趋势上来看， ，A（），（）；

（2）受、n的影响：一般取=0.6~0.8，n应尽可能高，从而保证失真小的范围大

（二）幅频误差、相频误差

1、幅频误差：由于装置幅频特性所决定的系统误差。

2、相频误差：由于装置相频特性所决定的系统误差。

（三）理想的幅频特性和相频特性

1、理想的幅频特性：A（）=常数；

2、理想的相频特性：（）=0或t0, t0为常数。

三、环节的串联和并联

1、串联：

2、并联：

四、装置的传递函数与灵敏度

1、静态：

2、传递函数：

3、对串联： 对并联：

五、例题

已知某系统的方框图如下所示，求：

1、系统的传递函数；

2、系统的灵敏度

3、其中的一阶系统的；

闭环特性测试 篇3

关键词：自动测试系统；计量特性；介电损耗；趋肤效应

中图分类号：TP73+.5；TM93 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0078-03

计量特性的研究是自动测试系统开展计量技术研究工作中的一项重要的内容，计量特性确定的准确程度将直接影响到计量结果的准确性，而国内目前还没有与之相关的检定规程、校准规范[1]。自动测试系统通常是由大量的台式仪器和PXI、VXI板卡式仪器模块组成，其计量特性不是系统中仪器的计量技术指标，而是系统整体性的指标[2]，这项指标还受到自动测试系统中测试通道连接电缆、连接器等因素的影响。本文通过分析自动测试系统组成结构、仪器资源特点以及通道损耗等方面的因素，得出自动测试系统计量特性的确定方法。

1 自动测试系统

1.1 组成结构

自动测试系统由自动测试设备、测试程序集以及相应的测试程序集软件开发工具三部分组成[2]，如图1所示。自动测试设备是自动测试系统的主体结构，其在测试适配器及测试软件的配合下，完成对被测对象的性能测试和故障诊断。本文的研究对象主要针对自动测试设备，即确定自动测试设备的计量技术指标。

自动测试设备主要由主控计算机、各种仪器资源、GPIB等仪器接口总线以及连接器等组成。按照测试需求和信号特征的不同，可以将自动测试设备的仪器资源分为数字子系统、模拟子系统、开关子系统、电源子系统和高频子系统等。

①数字子系统主要包括数字输入/输出、定时器/计数器、串行口等资源。其功能是产生数字类激励信号、测试相关的数字类信号，以及实现串行通信等功能。

②模拟子系统主要包括示波器、波形发生器和万用表等模拟激励仪器和模拟测试仪器。其功能是产生和测试各种模拟类信号，完成模拟类被测单元的测试任务。

③开关子系统主要包括矩阵开关、多路开关以及射频和微波开关等。在主控计算机的控制下，通过开关子系统实现测试过程中传输通道的切换。

④电源子系统主要包括直流电源、交流电源和电子负载等。其功能是提供被测对象所需的各类电源信号。

⑤高频子系统主要包括射频、微波信号源、射频分析仪以及功率计与频率计等。其功能是提供被测对象所需的射频、微波类高频信号。

1.2 工作原理

主控计算机通过连接器、测试适配器以及GPIB、PXI和VXI等测试总线连接到被测对象，它是自动测试系统的控制中心，控制系统各类激励仪器资源产生被测对象所需的各类激励信号，同时控制测试仪器对被测对象产生的响应信号进行测试，从而完成各类测试任务。

2 计量特性确定依据

2.1 计量特性分析

自动测试系统中的仪器资源繁多、功能强大，计量特性的确定通常有以下特点：

①自动测试系统计量特性是指自动测试系统仪器资源体现在连接器处的技术指标，是一个整体性技术指标。在连接器处每一台仪器都有与之对应的传输通道，即其计量特性是指系统仪器资源传输通道的计量特性[3]。

②自动测试设备中仪器的技术指标不能作为最终的计量技术指标，但应以该技术指标作为计量特性确定的参考基准，并且按照实际测试时的仪器传输通道情况确定计量特性[4]。

③环境温湿度的变化也会对仪器以及连接通道的测量准确度造成一定的影响。实施检定或校准时，需要考虑到环境温湿度可能在一个较小的范围内波动，而不能直接以自动测试设备的工作环境温湿度作为确定计量特性时的温湿度范围。

④如果自动测试设备中部分仪器的准确度很高，即分析出的计量特性可能远高于测试需求，这样极可能导致资源的浪费，所以这部分仪器在保证计量方法有效性的情况下，可适当放宽计量特性要求。

综上所述，确定自动测试设备计量特性时，仪器与连接器之间的连接通道是引起测量误差的关键因素，下面对传输通道损耗进行分析。

2.2 传输通道损耗分析

自动测试设备的信号传输通道上的损耗主要考虑电缆以及连接器产生的损耗。

2.2.1 电缆损耗

电缆是电信号传导中常用的媒介，本文以同轴电缆为例分析电缆的损耗情况。同轴电缆的典型结构，如图2所示，信号传输时产生的损耗主要是趋肤效应损耗和介电损耗[5]。

因此，确定自动测试设备计量特性时，仪器资源的传输通道损耗按照信号频率的高低可分类如下：

①射频、微波类高频信号在电缆中传输时会出现一定的介电损耗，从而对高频类信号的指标精度造成影响。因此，高频信号仪器资源通道的计量特性要对电缆造成的介电损耗进行充分考虑。

②模拟子系统仪器的低频信号在电缆中传输时会出现一定的趋肤效应损耗，从而对低频类信号的指标精度造成影响。趋肤效应损耗主要指电缆的等效电阻对信号造成的损耗，模拟子系统仪器资源通道的计量特性要对这部分损耗进行充分考虑。

③电源子系统仪器的交直流信号也属于低频类信号。如果电源信号是高电压/电流信号时，可以忽略电缆上的损耗；如果电源信号的电压/电流不大时，则需要考虑电缆的等效电阻对信号造成的趋肤效应损耗。因此，电源子系统仪器资源通道的计量特性要因电源信号的具体情况而异。

2.2.2 连接器损耗

连接器在自动测试系统中起到将两端导线连接在一起的作用，它是一类特殊的导线，所以连接器造成的损耗与电缆造成的损耗相似。VPC公司的几种连接器，如图4所示，通常可以直接利用产品说明书中给出的损耗性能参数指标进行损耗计算。

3 计量特性确定原则

依据JJF 1059-2012《测量不确定度表示与评定》，结合上文对自动测试系统计量特性和传输通道对仪器计量特性影响的分析，在实际应用中确定自动测试设备计量特性时应遵循的原则如下：

①自动测试系统计量特性是仪器在对应传输通道连接器端口处的技术指标，其确定时应以仪器资源的技术指标作为基准，同时综合考虑传输通道的影响。

②计量特性对环境温湿度的要求较为严格，确定计量特性时，应将仪器的工作环境温湿度控制在规定的温湿度范围内，以该温湿度作为影响精度的温湿度系数。

③模拟类仪器传输通道的影响相当于其等效电阻对模拟类信号的影响，测试时会产生一定的损耗，要以受传输通道影响情况为依据建立通道模型，进行损耗分析与计算，进而确定模拟类仪器传输通道的计量特性。

④电源类仪器传输通道的影响相当于其等效电阻对电源类信号的影响，该类信号通常工作电压/电流较大，在传输通道上的损耗会相对较小；但当电源输出的电压/电流较小时，在传输通道上损耗会相对较大，这时就需要通过对信号损耗进行分析和计算来确定电源类仪器传输通道的计量特性。

⑤射频、微波类高频信号容易受传输通道的影响，应充分考虑传输中电缆、连接器等影响因素，并结合信号传输的实际情况计算出传输通道的损耗，进而确定高频类仪器传输通道的计量特性。

⑥数字类仪器信号在传输时其精度受传输通道影响较小，所以在实际应用中要通过自动测试系统实际的需求分析，来确定数字类仪器通道的计量特性。

⑦开关子系统中包含射频、微波类开关，其功能是切换高频类信号的传输通道，实际工作中该类开关的技术特性受传输通道的影响较大；开关子系统中同样包含通道开关、多路开关等低频信号类开关，该类开关在工作中相当于一根短导线，其技术特性受传输通道的影响较小。

4 计量特性确定方法

通过对自动测试系统计量特性的分析，并依据计量特性的确定原则，则自动测试系统计量特性的确定方法可归纳如下。

4.1 分析信号传输通道

对自动测试系统中信号从始端到终端经过的电缆、连接器等传输通道进行分析，标明电缆的型号和长度以及连接器的型号和个数等。

4.2 建立传输通道模型

通过分析信号传输通道，再依据各类子系统资源对应的确定原则，建立传输通道模型，并根据信号频率大小标明传输通道造成的损耗类型。

4.3 分析传输通道损耗

通过分析仪器在检定时间内受各种因素影响而产生的技术指标变化情况，再结合建立的通道模型对仪器信号在传输通道上的损耗进行分析和计算。

4.4 确定通道计量特性

综合考虑仪器资源自身的技术指标和仪器传输通道的损耗情况并结合以上几步的分析与计算，最终确定自动测试系统的仪器通道对应的计量特性。

5 结 语

本文通过对自动测试系统计量特性进行分析，并对传输通道上损耗与频率之间关系的展开分析研究，得出低频类系统资源主要受趋肤效应损耗影响，高频类系统资源主要受介电损耗影响的结论，得出了自动测试设备计量特性的确定原则，并最终总结出了自动测试系统计量特性的确定方法，为自动测试系统原位计量工作的开展奠定了基础。

参考文献：

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[2] 尤海鹏，高运征，罗超，等.自动测试系统完全计量的研究与实现[J].测试

技术学报，2011，（5）.

[3] 纪明霞，吴凌燕，丁国臣.从计量角度探讨机载ATE技术指标的确定[J].

计测技术，2007，（1）.

[4] 尤海鹏，高运征，刘佳波.军用自动测试系统装备计量保障的深入研究 [J].计量与测试技术，2014，（5）.

[5] Benrard Hyland.电缆损耗对自动测试设备的影响[J].电子设计工程，

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[6] 易燕，刘波.自动测试设备中电缆损耗补偿[J].计算机与数字工程，2009，