控制工程基础第二章2.3.pptx

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§2.2内容回顾;§2.2内容回顾;§2.3拉氏变换及其应用;什么叫做拉氏变换?;复数有关概念;一、拉氏变换的定义

已知时域函数,如果满足相应的收敛条件,

可以定义其拉氏变换为

其中: f(t) ?变换原函数

F(s) ?变换象函数

s=?+j? ?复自变量(其范围为收敛域)

又常写为

拉氏变换将时间函数f(t)变换为复频域函数F(s)。;为了能对不同的控制系统的性能用统一的标准来

恒量,通常需要选择几种典型的外作用。;二、常用信号的拉氏变换;单位脉冲信号的说明:

1)单位脉冲信号的面积:

2)关于拉氏变换的积分下限。0-,0,0+

;(2)单位阶跃信号

数学表达式 时间波形

由拉氏变换定义式

单位阶跃信号的导数

阶跃信号的导数在t=0处有脉冲函数存在,所以单位阶跃信号的拉氏变换,其积分下限规定为0-

;(3)单位斜坡信号

数学表达式 时间波形

由分部积分公式

;(4)指数信号

数学表达式 时间波形

;(5)正弦、余弦信号

由于 所以

;三、拉氏变换的一些基本定理;例2-8周期锯齿波信号如图所示,试求该信号的拉氏变换。;例2-9试求函数 的拉氏变换。;(4)微分定理

若有 f(t)?F(s),且f(t)的各阶导数存在,

则f(t)各阶导数的拉氏变换为:

……

当各阶导数的初值均为零时

;(6)初值定理

若有 f(t)?F(s),且在t=0+处有初值f(t0+),

时域函数f(t)的初值可以由s域函数F(s)得到。;(8)卷积定理

若函数分别有其拉氏变换:

f1(t)?F1(s),f2(t)?F2(s),

时域函数的卷积分为

或者

则;拉氏变换的优点:;四、拉氏反变换;B(s)为分子多项式;A(s)为分母多项式;

在复变函数理论中A(s)=0,其所有解si为F(s)的极点;函数的逆运算进行的是涉及数量而非质量的变换,其基本形式为:若原函数表示y=f(x),则可定义另一函数为x=g(y),其中f与g互为逆函数。

它的定义域和值域永远是一样的,但是它的函数图像是原函数图像的镜像,也就是说,逆函数也是一种可逆的一对一的单射。;拉氏反变换为:

其中:si为F(s)的极点。

ai为F(s)对应于极点si的留数。

下面分??讨论各种计算情况。

;?单根?指的是多项式方程的根只有一个解,即该方程在某个特定值处等于零,且这个值是唯一的解。换句话说,如果多项式方程f(x)=0在x=a处有解,那么这个解就是单根,因为它没有重复。

?重根?则指的是多项式方程的根有多个相同的解,即该方程在某个特定值处等于零,并且这个值在方程的解中重复出现。如果多项式方程f(x)的导数f(x)在x=a处也为零,那么可以确定x=a是方程f(x)=0的重根,因为这表明x=a不仅是原方程的解,而且其解的重复性在导数中也有体现。

简而言之,单根和重根的区别在于根的重复性:单根没有重复,而重根则有相同的解出现多次。这一概念在代数学中非常重要,特别是在解决高次方程和讨论方程的性质时。;例2-10已知 ,求拉氏反变换F(s)。;2、A(s)=0有重根

设s1为单根,s2为m重根,m+1=n,

F(s)可以展开为

单根系数C1计算如前。由留数定理计算重根各

系数如下

……

;拉氏反变换为

;重根项系数:s3=-1,2重

得到:

f(t)为:

;例2-12已知 ,试求其f(t)

解:分解

1、分离常数项

2、余式二次三项式整理

由于

所以;五、拉氏变换法求解微分方程;例2-13RC滤波电路如图所示,输入电压信号Ui(t)=5V,电容的初始电压Uc(0)分别为0V和1V时,分别求时间解Uc(t)。

解微分方程为

作拉氏变换

由线性定理得

由微分定理得

将RC=10K,C=10μF,Ui(s)=5/s代入整理得到;输出的拉氏变换为

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