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) = 10, kai 0 ≤ t < 0.5 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios h(t) = e−4tu(t). Raskite išėjimą y(1), kai t = 1 s, jau pasibaigus impulsui.
x(t) = 10, 0 ≤ t < 0.5 sh(t) = e−4tu(t)t = 1 s
y(1) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Įėjimas x(t) = 10·cos(10t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 10·e−10tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo amplitudę Ym.
h(t) = 10e−10tu(t)x(t) = 10cos(10t)
Ym =
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = 24/(s² + 2s + 37), ir apskaičiuokite f(0,4).
F(s) = 24/(s² + 2s + 37)t = 0,4 s
f(0.4) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Sistema tenkina y″ + 4y′ + 3y = 9·u(t), kai y(0) = 6 ir y′(0) = 0. Ties t = 0 pridedamas šuolinis įėjimas u(t) = 1. Laplaso transformacija raskite y(0,2).
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 219/(s² + 11s + 73), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite savąjį dažnį ωn rad/s.
G(s) = 219/(s² + 11s + 73)
ωn = rad/s
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 130 Ω, L = 500 mH ir C = 4,7 µF, prijungiama prie 12 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite neslopinamą savąjį dažnį ωn rad/s.
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 174/(s(s + 4)(s + 7)). Raskite fazės kirtimo dažnį ω180, kai ∠L(jω) = −180°.
L(s) = 174/(s(s + 4)(s + 7))
ω180 = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(1) = 0,2925
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(0,5) = (10/4)(1 − e−2) = 2,162
Mažėjimas po impulso
y(1) = 2,162·e−4·0,5 = 0,2925
Atsakymas
y(1) = 0,2925
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: Ym = 7,071
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) = 10/(10 + jω)
Stiprinimas įėjimo dažniu
|H(j10)| = 10/√(10² + 10²) = 0,7071
Ym = 10·0,7071 = 7,071
Atsakymas
Ym = 7,071
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.4) = 1,811
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 + 2s + 37 = (s + 1)² + 36 = (s + 1)² + 6²
Suderinkite skaitiklį
F(s) = (24/6)·6/((s + 1)² + 6²)
Atvirkštinė transformacija
f(t) = e−t·(4·sin 6t)
f(0,4) = e−0,4·(4·sin(6·0,4)) = 1,811
Atsakymas
f(0,4) = 1,811
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.2) = 5,861
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
(s² + 4s + 3)·Y(s) = 6s + 24 + 9/s
Y(s) = (6s² + 24s + 9)/(s(s + 1)(s + 3))
Paprastosios trupmenos
A = 9/(1·3) = 3
B = −9/((−1)·2) = 4,5
C = −9/((−3)·(−2)) = −1,5
Rezultatas
y(t) = 3 + 4,5·e−t − 1,5·e−3t
y(0,2) = 5,861
Atsakymas
y(0,2) = 5,861
Patikra: y(0) = A + B + C = 6.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ωn = 8,544 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 = 73 → ωₙ = 8,544 rad/s
2ζωₙ = 11 → ζ = 11/(2·8,544) = 0,6437
Rezultatas
ωₙ = 8,544 rad/s
Atsakymas
ωn = 8,544 rad/s
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ωn = 652,3 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).