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) = 2, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−2tu(t). Raskite išėjimą y(4), kai t = 4 s, jau pasibaigus impulsui.
x(t) = 2, 0 ≤ t < 2 sh(t) = e−2tu(t)t = 4 s
y(4) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Impulsų seka turi aukštį 1, impulso plotį 0,4 ms ir periodą 2 ms. Raskite 1-osios harmonikos, kurios dažnis 500 Hz, amplitudę c1.
A = 1τ = 0,4 msT = 2 ms
c1 =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Raskite f(t), kai F(s) = (5s + 6)/(s² + 10s + 25), ir apskaičiuokite f(0,1).
F(s) = (5s + 6)/(s² + 10s + 25)t = 0,1 s
f(0.1) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 5y′ + 6y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = 7, ir raskite y(0,1).
y″ + 5y′ + 6y = 0y(0) = 5y′(0) = 7t = 0,1 s
y(0.1) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 71/(s² + 4s + 71), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos pikų laiką tp.
G(s) = 71/(s² + 4s + 71)
tp = s
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Antrosios eilės sistemos be nulių šuolinė reakcija rodo 10 % viršijimą, o pirmas pikas atsiranda ties t = 0,5 s. Raskite savąjį dažnį ωn.
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 2,8/(s(s + 1)). Raskite stiprinimo kirtimo dažnį ωc, kai |L(jω)| = 1.
L(s) = 2,8/(s(s + 1))
ωc = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(4) = 0,01798
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) = (2/2)(1 − e−4) = 0,9817
Mažėjimas po impulso
y(4) = 0,9817·e−2·2 = 0,01798
Atsakymas
y(4) = 0,01798
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: c1 = 0,3742
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)|.
Pildymo koeficientas
D = 0,4/2 = 0,2
Harmonikos amplitudė
c1 = (2·1/(1π))·|sin(1π·0,2)| = 0,3742
Atsakymas
c1 = 0,3742
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.1) = 1,88
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 + 10s + 25 = (s + 5)²
Paprastosios trupmenos
5s + 6 = 5(s + 5) + −19
F(s) = 5/(s + 5) − 19/(s + 5)²
Atvirkštinė transformacija
f(t) = 5·e−5t − 19·t·e−5t
f(0,1) = (5 − 19·0,1)·e−5·0,1 = 1,88
Atsakymas
f(0,1) = 1,88
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.1) = 5,418
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 − 7 + 5(sY − 5) + 6Y = 0
Y(s) = (5s + 32)/((s + 2)(s + 3))
Paprastosios trupmenos
A = 22/1 = 22
B = 17/(−1) = −17
Rezultatas
y(t) = 22·e−2t − 17·e−3t
y(0,1) = 5,418
Atsakymas
y(0,1) = 5,418
Patikra: y(0) = A + B = 5.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: tp = 0,3838 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).
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).