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) = 1, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−4tu(t). Raskite išėjimą y(3), kai t = 3 s, jau pasibaigus impulsui.
x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−4tu(t)t = 3 s
y(3) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Sistema tenkina y[n] = 0,6·y[n − 1] + 4·x[n] ir pradeda iš ramybės būsenos. Raskite jos impulsinės charakteristikos atskaitą h[2].
y[n] = 0,6y[n − 1] + 4x[n]x[n] = δ[n]
h[2] =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
F(s) = (s + 2)/(s² + 5s + 4). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−t + B·e−4t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.
F(s) = (s + 2)/(s² + 5s + 4)
A =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 9y′ + 20y = 0, kai y(0) = −2 ir y′(0) = 4, ir raskite y(0,25).
y″ + 9y′ + 20y = 0y(0) = −2y′(0) = 4t = 0,25 s
y(0.25) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 62/(s² + 4s + 62), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Poliai yra s = σ ± jωd. Raskite realiąją dalį σ.
G(s) = 62/(s² + 4s + 62)
σ =
6.Šuolinė reakcijaSunkus
4 kg masė kabo ant 1000 N/m spyruoklės su klampiuoju slopintuvu c = 63 N·s/m (m·x″ + c·x′ + k·x = F). Pusiausvyroje rimtyje staiga pridedama pastovi jėga F = 10 N. Raskite laiką tp, kai poslinkis didžiausias.
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 100/(s(s + 2)(s + 9)). Raskite stiprinimo atsargą GM dB.
L(s) = 100/(s(s + 2)(s + 9))
GM = dB
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(3) = 0,004577
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).
Išėjimas impulso pabaigoje
y(2) = (1/4)(1 − e−8) = 0,2499
Mažėjimas po impulso
y(3) = 0,2499·e−4·1 = 0,004577
Atsakymas
y(3) = 0,004577
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: h[2] = 1,44
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)|.
Iteracijos
h[0] = 4
h[1] = 2,4
h[2] = 1,44
Rezultatas
h[2] = 4·(0,6)2 = 1,44
Atsakymas
h[2] = 1,44
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: A = 0,3333
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 + 5s + 4 = (s + 1)(s + 4)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 4)
Uždengimo taisyklė
Padauginkite iš (s + 1) ir įrašykite s = −1: B narys išnyksta.
A = (s + 2)/(s + 4) |s = −1 = 1/3 = 0,3333
Atsakymas
A = 0,3333
(B = 0,6667, taigi f(t) = 0,3333·e−t + 0,6667·e−4t)
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.25) = −1,061
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 − (−2)s − 4 + 9(sY − (−2)) + 20Y = 0
Y(s) = (−2s − 14)/((s + 4)(s + 5))
Paprastosios trupmenos
A = −6/1 = −6
B = −4/(−1) = 4
Rezultatas
y(t) = −6·e−4t + 4·e−5t
y(0,25) = −1,061
Atsakymas
y(0,25) = −1,061
Patikra: y(0) = A + B = −2.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: σ = −2
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 = 62 → ωₙ = 7,874 rad/s
2ζωₙ = 4 → ζ = 4/(2·7,874) = 0,254
Rezultatas
σ = −ζωₙ = −4/2 = −2
Atsakymas
σ = −2
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: tp = 0,2291 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).
Savasis dažnis ir slopinimo koeficientas
ωₙ = √(k/m) = √(1000/4) = 15,81 rad/s
ζ = c/(2√(km)) = 63/(2·√(1000·4)) = 0,4981
Rezultatas
ωd = 13,71 rad/s
tp = π/ωd = 0,2291 s
Atsakymas
tp = 0,2291 s
7.Bode grafikai ir atsargos
Atsakymas: ∠G(jω) = −96,87 °
Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.