Nubraižykite abu signalus ir pažymėkite, kur kiekvienas nelygus nuliui.
Apverskite h ir stumkite: kiekvienam išėjimo laikui raskite sritį, kurioje abu signalai persidengia.
Dauginkite ir sudėkite (diskrečiuoju atveju) arba dauginkite ir integruokite (tolydžiuoju atveju) tik toje persidengimo srityje.
Patikrinkite rezultatą: išėjimas prasideda pradžios laikų suma, baigiasi pabaigos laikų suma, o jo plotas ar suma lygi įėjimų plotų ar sumų sandaugai.
2Uždaviniai
1.Sąsūka ir LTI sistemosVidutinis
Įėjimas x(t) = 2·e−4tu(t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−0,5tu(t). Raskite išėjimą y(0,25), kai t = 0,25 s.
x(t) = 2·e−4tu(t)h(t) = e−0,5tu(t)t = 0,25 s
y(0.25) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Stačiakampė banga kinta tarp +2 ir −2, jos periodas T = 4 ms (pusę periodo kiekviename lygyje). Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 1250 Hz, amplitudę c5.
±2T = 4 msf = 1250 Hz
c5 =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Paprastosiomis trupmenomis raskite f(t), kai F(s) = 25/(s(s + 4)(s + 5)), ir apskaičiuokite f(0,25).
F(s) = 25/(s(s + 4)(s + 5))t = 0,25 s
f(0.25) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 6y′ + 5y = 0, kai y(0) = 6 ir y′(0) = 1, ir raskite y(0,4).
y″ + 6y′ + 5y = 0y(0) = 6y′(0) = 1t = 0,4 s
y(0.4) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 35,5/(s² + 7s + 71), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.
G(s) = 35,5/(s² + 7s + 71)
%OS = %
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Antrosios eilės sistemos be nulių šuolinė reakcija turi turėti 12 % viršijimą. Raskite slopinimo koeficientą ζ.
%OS = 12 %
ζ =
7.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytas RC žemųjų dažnių filtras turi R = 3,3 kΩ, C = 4,7 nF. Taikoma sinusinė įvestis 51 kHz. Raskite stiprinimą |H| = |vout/vin| dB.
R = 3,3 kΩC = 4,7 nFf = 51 kHz
|H| = dB
8.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 8/(s(s + 4)). Raskite fazės atsargą PM laipsniais.
L(s) = 8/(s(s + 4))
PM = °
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(0.25) = 0,2941
Tolydžioji sąsūka: y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ. Apverskite h, pastumkite į padėtį t ir suintegruokite persidengiančių dalių sandaugą. Priežastiniams signalams integralas skaičiuojamas nuo 0 iki t. Naudingi rezultatai: y plotas lygus x ploto ir h ploto sandaugai; jei x trunka nuo t₁ iki t₂, o h nuo t₃ iki t₄, tai y trunka nuo t₁ + t₃ iki t₂ + t₄. Kai h(t) = e−atu(t), o šuolio aukštis A, y(t) = (A/a)(1 − e−at).
Impulsinė charakteristika ir Furjė eilutė: impulsinė charakteristika h(t) visiškai aprašo LTI sistemą: lygčiai y′ + a·y = b·x ji yra h(t) = b·e−atu(t), o lygčiai y[n] = a·y[n − 1] + b·x[n] ji yra h[n] = b·aⁿu[n]. Sinusoidė cos ωt praeina su stiprinimu |H(jω)| ir faze ∠H(jω), kur H yra h Furjė transformacija. Periodinis signalas yra harmonikų, kurių dažnis k/T, suma: ±A stačiakampė banga turi tik nelygines harmonikas, kurių amplitudės 4A/(kπ), A pikinės vertės trikampė banga turi 8A/(π²k²), o A aukščio ir pildymo koeficiento D impulsų seka turi vidurkį A·D ir harmonikas (2A/(kπ))·|sin(kπD)|.
Harmonikos numeris
f₀ = 1/T = 250 Hz → k = 1250/250 = 5
Amplitudė
c5 = 4·2/(5π) = 0,5093
Atsakymas
c5 = 0,5093
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.25) = 0,3833
Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).
Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).
Transformuokite lygtį
s²Y − 6s − 1 + 6(sY − 6) + 5Y = 0
Y(s) = (6s + 37)/((s + 1)(s + 5))
Paprastosios trupmenos
A = 31/4 = 7,75
B = 7/(−4) = −1,75
Rezultatas
y(t) = 7,75·e−t − 1,75·e−5t
y(0,4) = 4,958
Atsakymas
y(0,4) = 4,958
Patikra: y(0) = A + B = 6.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: %OS = 23,82 %
Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).
Palyginkite su standartine forma
Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².
ωₙ² = 71 → ωₙ = 8,426 rad/s
2ζωₙ = 7 → ζ = 7/(2·8,426) = 0,4154
Rezultatas
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−1,435 = 23,82 %
Atsakymas
%OS = 23,82 %
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ζ = 0,5594
Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).