稳定度
稳定度
稳定度是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。通常情况下,稳定度指的是测量仪器的计量特性随着时间而不发生变化的能力。如果稳定度不是针对时间而言,而是与其他量有关,则应予以明确说明。稳定度可以通过量化的方式来描述,即确定计量特性的变化与时间之间的关系。
测量仪器稳定性
测量仪器的稳定性通常是通过计量特性变化所需的特定时间段或者计量特性在规定时间内发生的改变量来定量表示。例如,对于标准电池,其长期稳定度(电动势的年变化幅度)和短期稳定度(3至5天内的电动势变化幅度)都有具体的规定。同样,量块尺寸的稳定度也可以通过规定的长度每年允许的最大变化量(以微米/年为单位)来评估。这些稳定度指标是划分准确度等级的重要依据。对于测量仪器,特别是基准、测量标准或某些实物量具,稳定性是一项关键的计量性能。示值的稳定性是确保量值准确性的重要基础。测量仪器的不稳定可能是由元器件老化、零部件磨损以及不当的使用、储存和维护等原因导致。定期对测量仪器进行检定或校准是对稳定度的一种考核,同时也是科学合理地确定检定周期的重要依据之一。
实例
为了更好地理解稳定度的概念,可以举一个简单的例子。假设有一个钢球分别置于两个不同位置的木块上,一种情况是在木块的顶部,另一种情况是在木块的底部。如果对钢球施加外力使其偏离原位,在第一种情况下,钢球将滑落并无法返回原位;而在第二种情况下,由于重力的作用,钢球将在木块底部来回滚动,长时间后仍能回归原位。这种情况下,可以说第一个情形是不稳定的,而第二个情形则是稳定的。这是一个简单的物理系统,通过它可以初步了解稳定度的基本概念。稳定度可以定义为:当一个实际系统处于平衡状态时,如果受到外部影响,系统经历一个过渡过程后仍能恢复到原始平衡状态,那么就认为这个系统是稳定的;反之,如果系统不能恢复到原始平衡状态,那么它就是不稳定的。在一个控制系统中,为了实现预期的控制功能,系统必须是稳定的。在实际应用中,由于系统中含有储能元件并且各元件具有惯性,因此当给定系统的输入时,输出量通常会在期望的输出量之间波动。在这种情况下,系统会从外界吸收能量。对于稳定的系统,振荡是减幅的,而对不稳定的系统,振荡是增幅的,后者可能会持续增加直至系统受损。
系统稳定性判别
如何判断一个系统是否稳定,控制学专家提出了一些用于系统稳定与否的判定定理。这些定理基于系统的数学模型,通过对模型形式的分析和计算,可以得出系统是否稳定的结果。其中较为知名的定理包括劳斯判据、赫尔维茨判据和李亚普诺夫三大定理。这些稳定度的判别方法适用于不同的数学模型,前两种方法主要通过判断系统的特征值是否小于零来判定系统是否稳定,而后一种方法则主要通过考察系统能量是否衰减来判定稳定度。需要注意的是,系统的稳定性仅仅是系统设计的基本要求之一,一个理想的控制系统还应满足其他多个指标,如过渡时间、超调量、稳态误差和调节时间等。一个优秀的系统往往是在这些方面综合考虑的结果。
参考资料
什么是测量仪器的稳定性?.百度教育.2024-10-25
测量仪器的稳定性指的是什么?.爱问知识人.2024-10-25
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概述
测量仪器稳定性
实例
系统稳定性判别
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