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
Sistemos impulsinė charakteristika h(t) = e−2tu(t). Įėjimas yra šuolis x(t) = 2·u(t). Raskite išėjimą y(2), kai t = 2 s.
h(t) = e−2tu(t)x(t) = 2·u(t)t = 2 s
y(2) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Sistema tenkina y′(t) + 10·y(t) = 2·x(t). Raskite jos impulsinę charakteristiką, kai t = 1 s, h(1).
y′ + 10y = 2xt = 1 s
h(1) =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
F(s) = (s + 2)/(s² + 11s + 24). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−3t + B·e−8t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.
F(s) = (s + 2)/(s² + 11s + 24)
A =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Sistema aprašoma diferencialine lygtimi y″ + 7y′ + 12y = 4u′ + 9u, kurios įėjimas u(t), o išėjimas y(t). Raskite jos perdavimo funkciją G(s) = Y(s)/U(s) (pradinės sąlygos nulinės) ir apskaičiuokite impulsinę reakciją g(t) ties t = 0,3 s. Raskite g(0,3).
y″ + 7y′ + 12y = 4u′ + 9ut = 0,3 s
g(0.3) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 27,5/(s² + 6s + 55), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Poliai yra s = σ ± jωd. Raskite realiąją dalį σ.
G(s) = 27,5/(s² + 6s + 55)
σ =
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 26 Ω, L = 20 mH ir C = 4,7 µF, prijungiama prie 5 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite kondensatoriaus įtampos procentinį viršijimą %OS.
R = 26 ΩL = 20 mHC = 4,7 µFV = 5 V
%OS = %
7.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytas RL žemųjų dažnių filtras turi R = 10 Ω, L = 1 mH. Taikoma sinusinė įvestis 800 Hz. Raskite stiprinimą |H| = |vout/vin| dB.
R = 10 ΩL = 1 mHf = 800 Hz
|H| = dB
8.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 190/(s(s + 4)(s + 6)). Raskite fazės kirtimo dažnį ω180, kai ∠L(jω) = −180°.
L(s) = 190/(s(s + 4)(s + 6))
ω180 = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(2) = 0,9817
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).
Sąsūka su šuoliu
y(t) = 2·∫₀ᵗ e−2τ dτ = (2/2)·(1 − e−2t)
Apskaičiuokite
y(2) = 1·(1 − e−4) = 0,9817
Atsakymas
y(2) = 0,9817
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: h(1) = 9,08 × 10⁻⁵
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)|.
Perdavimo funkcija
H(s) = Y(s)/X(s) = 2/(s + 10)
Impulsinė reakcija
h(t) = 2·e−10tu(t)
h(1) = 2·e−10 = 9,08 × 10⁻⁵
Atsakymas
h(1) = 9,08 × 10⁻⁵
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: A = −0,2
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).
Išskaidykite vardiklį dauginamaisiais
s² + 11s + 24 = (s + 3)(s + 8)
F(s) = A/(s + 3) + B/(s + 8)
Uždengimo taisyklė
Padauginkite iš (s + 3) ir įrašykite s = −3: B narys išnyksta.
A = (s + 2)/(s + 8) |s = −3 = −1/5 = −0,2
Atsakymas
A = −0,2
(B = 1,2, taigi f(t) = −0,2·e−3t + 1,2·e−8t)
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: g(0.3) = 0,8887
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).
Perdavimo funkcija
G(s) = Y(s)/U(s) = (4s + 9)/(s² + 7s + 12)
Paprastosios trupmenos
s² + 7s + 12 = (s + 3)(s + 4)
A = −3, B = 7
Impulsinė reakcija
g(t) = −3·e−3t + 7·e−4t
g(0,3) = 0,8887
Atsakymas
g(0,3) = 0,8887
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: σ = −3
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 = 55 → ωₙ = 7,416 rad/s
2ζωₙ = 6 → ζ = 6/(2·7,416) = 0,4045
Rezultatas
σ = −ζωₙ = −6/2 = −3
Atsakymas
σ = −3
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: %OS = 52,79 %
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).