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
Sistemos impulsinė charakteristika h(t) = e−5tu(t). Įėjimas yra šuolis x(t) = 4·u(t). Raskite išėjimą y(0,4), kai t = 0,4 s.
h(t) = e−5tu(t)x(t) = 4·u(t)t = 0,4 s
y(0.4) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Įėjimas x(t) = 5·cos(30t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 10·e−20tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo fazę φ įėjimo atžvilgiu laipsniais.
h(t) = 10e−20tu(t)x(t) = 5cos(30t)
φ = °
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Raskite f(t), kai F(s) = (5s + 29)/(s² + 2s + 1), ir apskaičiuokite f(0,4).
F(s) = (5s + 29)/(s² + 2s + 1)t = 0,4 s
f(0.4) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 7y′ + 12y = 0, kai y(0) = 10 ir y′(0) = 10, ir raskite y(0,1).
y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 10y′(0) = 10t = 0,1 s
y(0.1) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 10/(s² + 3s + 10), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos pikų laiką tp.
G(s) = 10/(s² + 3s + 10)
tp = s
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = 265/(s(s + 4)). Raskite uždarosios sistemos šuolinės reakcijos 2 % nusistovėjimo laiką ts, naudodami ts ≈ 4/(ζωₙ).
G(s) = 265/(s(s + 4))
ts = s
7.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytas RC aukštųjų dažnių filtras turi R = 47 kΩ, C = 22 nF. Taikoma sinusinė įvestis 310 Hz. Raskite stiprinimą |H| = |vout/vin| dB.
R = 47 kΩC = 22 nFf = 310 Hz
|H| = dB
8.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 38/(s(s + 3)(s + 5)). Raskite fazės kirtimo dažnį ω180, kai ∠L(jω) = −180°.
L(s) = 38/(s(s + 3)(s + 5))
ω180 = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(0.4) = 0,6917
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).
Sąsūka su šuoliu
y(t) = 4·∫₀ᵗ e−5τ dτ = (4/5)·(1 − e−5t)
Apskaičiuokite
y(0,4) = 0,8·(1 − e−2) = 0,6917
Atsakymas
y(0,4) = 0,6917
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: φ = −56,31 °
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/(20 + jω)
Fazė įėjimo dažniu
φ = −atan(30/20) = −56,31°
Atsakymas
φ = −56,31°
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.4) = 9,787
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 + 2s + 1 = (s + 1)²
Paprastosios trupmenos
5s + 29 = 5(s + 1) + 24
F(s) = 5/(s + 1) + 24/(s + 1)²
Atvirkštinė transformacija
f(t) = 5·e−t + 24·t·e−t
f(0,4) = (5 + 24·0,4)·e−0,4 = 9,787
Atsakymas
f(0,4) = 9,787
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.1) = 10,23
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 − 10s − 10 + 7(sY − 10) + 12Y = 0
Y(s) = (10s + 80)/((s + 3)(s + 4))
Paprastosios trupmenos
A = 50/1 = 50
B = 40/(−1) = −40
Rezultatas
y(t) = 50·e−3t − 40·e−4t
y(0,1) = 10,23
Atsakymas
y(0,1) = 10,23
Patikra: y(0) = A + B = 10.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: tp = 1,128 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).