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卡普课件- 《信号与系统》-第5章-拉普拉斯变换与复频域分析
2. 系统稳定的充分必要条件 (1)时域充要条件 证明: 设 , 即, 充分性: 必要性: 设 , 令 则 (2)S域充要条件 H(s)的极点全部落在左半开平面。 例8:判断下述系统是否稳定。 解: (1)极点为-1和-2,均在S域左半平面,是稳定系统。 若激励为有界信号u(t),则其输出为 输出也有界,所以是稳定系统 (2)极点为±jω0,是虚轴上的一对共轭极点,不是稳定系统。 若激励为有界输入 ,则其输出为 显然,输出不是有界信号,所以系统不稳定。 * 上次课结束 例5 系统的微分方程为 初始状态 ,激励 求响应 解:对微分方程取拉氏变换可得 所以,系统的全响应为 2. 电路的S域模型 对元件和支路取拉氏变换 1.电阻 R iR(t) + uR(t) - R IR(s) + UR(s) - 2.电源 + - + - 3.电感 iL(t) L + - uL(t) IL(s) sL + UL(s) - LiL(0- ) - + IL(s) sL + UL(s) - iL(0- )/s 4.电容 iC(t) + uC(t) - C IC(s) + UC(s) - + - 1 sC + UC(s) - IC(s) 1 sC 5. KCL和KVL定律 节点: 回路: 例6:图示电路初始状态为 求电容两端电压。 解:建立电路S域模型 列写回路方程 求出I(s) 再求得Vc(s) 信号与系统 第5章 拉普拉斯变换与复频域分析(续) 主要内容 拉普拉斯变换 拉普拉斯变换的性质 拉普拉斯逆变换 复频域分析 系统函数H(s) 系统函数与系统特性 系统的稳定性 五、系统函数H(s) 1.定义 系统零状态响应 y(t) 的拉氏变换与激励 f(t) 的拉氏变换之比称为“系统函数”(网络函数),用 H(s) 表示。 它只与系统的结构、元件参数有关,而与激励、初始状态无关。 2. H(s)与h(t)的关系 h(t) 系统 3. 求零状态响应 系统 (零状态) 时域 S域 4.求H(s)的方法 由系统的冲激响应h(t)求解 由定义求解 由系统的微分方程写出 例5 系统的微分方程为 初始状态 ,激励 求响应 解:对微分方程取拉氏变换可得 回顾上次课中的例题 所以,系统的全响应为 求出上面例题中的系统函数H(s): 根据微分方程 取拉氏变换(注意此时为零状态响应,即初始状态为0): 所以 与系统频率 响应H(jω)做比较 系统响应的几种分析方法比较 分析方法 数学工具 可求解的响应 时域 微分方程 冲激函数匹配法 全响应 频域 代数方程(频域模型) 傅里叶变换 零状态响应 复频域 代数方程(S域模型) 拉普拉斯变换 全响应 六、系统函数与系统特性 1. H(s)的零点与极点 线性时不变系统的方程为 系统函数为 其中 称为H(s)的零点 称为H(s)的极点 零、极点的种类:实数、复数(复数零、极点必共轭) 一阶、二阶及二阶以上极点 例6: 一阶零点 一阶极点 二阶极点 2. H(s)的零、极点与时域响应h(t)的关系 (1)在实轴上的一阶极点:冲激响应具有指数函数形式 (2)不在实轴上的一阶极点:冲激响应具有振荡形式 小 结 零点决定h(t)的幅度、相位; 极点决定h(t)的形式: 左半平面的一阶极点对应的h(t),是指数衰减的形式; 虚轴上的一阶极点对应的h(t)是阶跃函数或正弦函数; 右半平面的一阶极点对应的h(t),是指数增长的形式。 3. H(s)的零、极点与系统的频响特性 (1)H(s)与H(jω)的关系 设h(t)为因果信号, 频响特性是指系统在正弦信号激励之下稳态响应随信号频率的变化情况。 瞬态响应:指激励信号接入后,完全响应中瞬时出现的有关部分,随着时间增大,它将消失; 稳态响应:完全响应中减去瞬态响应分量即得稳态响应分量。 (2)H(s)的零、极点与连续系统的频响特性 设 当 且 时,(极点在左半平面) 其中: 当ω沿虚轴移动时,各复数因子的模和幅角都随之改变,可得出幅频特性曲线和相频特性曲线。 则 例7:一阶RL系统,U1(t)为输入,U2(t)为输出,求系统的频率响应。 解: 极点: 在左半平面 其中 讨论: (1) (2) (3) 讨论: (1) (
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