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
Impulsas x(t) = 5, kai 0 ≤ t < 3 s, sąsukamas su h(t) – trikampiu, kuris tiesiškai krinta nuo 4, kai t = 0, iki 0, kai t = 1 s. Raskite plotą Ay po y(t) = x(t) ∗ h(t).
x(t) = 5, 0 ≤ t < 3 sh(0) = 4, h(1) = 0
Ay =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Įėjimas x(t) = 10·cos(3t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 5·e−2tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo amplitudę Ym.
h(t) = 5e−2tu(t)x(t) = 10cos(3t)
Ym =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
F(s) = (s + 21)/(s² + 12s + 32). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−4t + B·e−8t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.
F(s) = (s + 21)/(s² + 12s + 32)
A =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 11y′ + 30y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 1, ir raskite y(0,1).
y″ + 11y′ + 30y = 0y(0) = 5y′(0) = 1t = 0,1 s
y(0.1) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 207/(s² + 6s + 69), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite savąjį dažnį ωn rad/s.
G(s) = 207/(s² + 6s + 69)
ωn = rad/s
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Antrosios eilės sistemos be nulių šuolinė reakcija turi turėti 5 % viršijimą. Raskite slopinimo koeficientą ζ.
%OS = 5 %
ζ =
7.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytame nuosekliajame RLC juostiniame filtre išėjimas imamas ant R = 2 Ω, kai L = 50 mH ir C = 10 µF. Raskite kokybės faktorių Q.
R = 2 ΩL = 50 mHC = 10 µF
Q =
8.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 354/(s(s + 5)(s + 9)). Raskite fazės kirtimo dažnį ω180, kai ∠L(jω) = −180°.
L(s) = 354/(s(s + 5)(s + 9))
ω180 = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: Ay = 30
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).
Įėjimų plotai
∫x dt = 5·3 = 15
∫h dt = ½·1·4 = 2
Išėjimo plotas
Ay = 15·2 = 30
Atsakymas
Ay = 30
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: Ym = 13,87
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)|.
Dažninė charakteristika
H(jω) = 5/(2 + jω)
Stiprinimas įėjimo dažniu
|H(j3)| = 5/√(2² + 3²) = 1,387
Ym = 10·1,387 = 13,87
Atsakymas
Ym = 13,87
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: A = 4,25
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 + 12s + 32 = (s + 4)(s + 8)
F(s) = A/(s + 4) + B/(s + 8)
Uždengimo taisyklė
Padauginkite iš (s + 4) ir įrašykite s = −4: B narys išnyksta.
A = (s + 21)/(s + 8) |s = −4 = 17/4 = 4,25
Atsakymas
A = 4,25
(B = −3,25, taigi f(t) = 4,25·e−4t − 3,25·e−8t)
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.1) = 4,533
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 − 5s − 1 + 11(sY − 5) + 30Y = 0
Y(s) = (5s + 56)/((s + 5)(s + 6))
Paprastosios trupmenos
A = 31/1 = 31
B = 26/(−1) = −26
Rezultatas
y(t) = 31·e−5t − 26·e−6t
y(0,1) = 4,533
Atsakymas
y(0,1) = 4,533
Patikra: y(0) = A + B = 5.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ωn = 8,307 rad/s
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 = 69 → ωₙ = 8,307 rad/s
2ζωₙ = 6 → ζ = 6/(2·8,307) = 0,3612
Rezultatas
ωₙ = 8,307 rad/s
Atsakymas
ωn = 8,307 rad/s
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ζ = 0,6901
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).