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
Signalas x(t) nelygus nuliui tik tarp t = 0 s ir t = 1 s, o h(t) – tik tarp t = 1 s ir t = 3 s. Raskite y(t) = x(t) ∗ h(t) trukmę D.
x: 0 … 1 sh: 1 … 3 s
D = s
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Stačiakampė banga kinta tarp +3 ir −3, jos periodas T = 5 ms (pusę periodo kiekviename lygyje). Raskite jos Furjė dedamosios, kurios dažnis 600 Hz, amplitudę c3.
±3T = 5 msf = 600 Hz
c3 =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = 15/(s² + 8s + 25), ir apskaičiuokite f(0,25).
F(s) = 15/(s² + 8s + 25)t = 0,25 s
f(0.25) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 8y′ + 15y = 0, kai y(0) = −5 ir y′(0) = 10, ir raskite y(0,1).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = −5y′(0) = 10t = 0,1 s
y(0.1) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 114/(s² + 2s + 57), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos 2 % nusistovėjimo laiką ts, naudodami ts ≈ 4/(ζωₙ).
G(s) = 114/(s² + 2s + 57)
ts = s
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Antrosios eilės sistemos be nulių šuolinė reakcija rodo 2 % viršijimą, o pirmas pikas atsiranda ties t = 0,1 s. Raskite savąjį dažnį ωn.
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 156/(s(s + 4)). Raskite fazės atsargą PM laipsniais.
L(s) = 156/(s(s + 4))
PM = °
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: D = 3 s
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).
Pradžia ir pabaiga
tstart = 0 + 1 = 1 s
tend = 1 + 3 = 4 s
Atsakymas
D = 3 s
Atsakymas
D = 3 s
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: c3 = 1,273
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 = 200 Hz → k = 600/200 = 3
Amplitudė
c3 = 4·3/(3π) = 1,273
Atsakymas
c3 = 1,273
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.25) = 1,254
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).
Išskirkite pilnąjį kvadratą
s² + 8s + 25 = (s + 4)² + 9 = (s + 4)² + 3²
Suderinkite skaitiklį
F(s) = (15/3)·3/((s + 4)² + 3²)
Atvirkštinė transformacija
f(t) = e−4t·(5·sin 3t)
f(0,25) = e−4·0,25·(5·sin(3·0,25)) = 1,254
Atsakymas
f(0,25) = 1,254
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.1) = −4,04
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 − (−5)s − 10 + 8(sY − (−5)) + 15Y = 0
Y(s) = (−5s − 30)/((s + 3)(s + 5))
Paprastosios trupmenos
A = −15/2 = −7,5
B = −5/(−2) = 2,5
Rezultatas
y(t) = −7,5·e−3t + 2,5·e−5t
y(0,1) = −4,04
Atsakymas
y(0,1) = −4,04
Patikra: y(0) = A + B = −5.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ts = 4 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 = 57 → ωₙ = 7,55 rad/s
2ζωₙ = 2 → ζ = 2/(2·7,55) = 0,1325
Rezultatas
ζωₙ = 1 → ts ≈ 4/1 = 4 s
Atsakymas
ts = 4 s
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ωn = 50,17 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).