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 = 2 s ir t = 4 s, o h(t) – tik tarp t = 0 s ir t = 4 s. Raskite laiką tstart, kada y(t) = x(t) ∗ h(t) prasideda.
x: 2 … 4 sh: 0 … 4 s
tstart = s
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Įėjimas x(t) = 10·cos(3t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 10·e−2tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo fazę φ įėjimo atžvilgiu laipsniais.
h(t) = 10e−2tu(t)x(t) = 10cos(3t)
φ = °
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Raskite f(t), kai F(s) = (6s + 40)/(s² + 4s + 4), ir apskaičiuokite f(0,25).
F(s) = (6s + 40)/(s² + 4s + 4)t = 0,25 s
f(0.25) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 7y′ + 10y = 0, kai y(0) = −10 ir y′(0) = −9, ir raskite y(0,6).
y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = −10y′(0) = −9t = 0,6 s
y(0.6) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 32/(s² + 6s + 64), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Poliai yra s = σ ± jωd. Raskite realiąją dalį σ.
G(s) = 32/(s² + 6s + 64)
σ =
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 13 Ω, L = 50 mH ir C = 100 µF, prijungiama prie 12 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite kondensatoriaus įtampos procentinį viršijimą %OS.
R = 13 ΩL = 50 mHC = 100 µFV = 12 V
%OS = %
7.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytas RC aukštųjų dažnių filtras turi R = 4,7 kΩ, C = 100 nF. Taikoma sinusinė įvestis 1,4 kHz. Raskite vout fazės poslinkį φ vin atžvilgiu laipsniais.
R = 4,7 kΩC = 100 nFf = 1,4 kHz
φ = °
8.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 56/(s(s + 2)). Raskite stiprinimo kirtimo dažnį ωc, kai |L(jω)| = 1.
L(s) = 56/(s(s + 2))
ωc = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: tstart = 2 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 = 2 + 0 = 2 s
tend = 4 + 4 = 8 s
Atsakymas
tstart = 2 s
Atsakymas
tstart = 2 s
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/(2 + jω)
Fazė įėjimo dažniu
φ = −atan(3/2) = −56,31°
Atsakymas
φ = −56,31°
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.25) = 7,885
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 + 4s + 4 = (s + 2)²
Paprastosios trupmenos
6s + 40 = 6(s + 2) + 28
F(s) = 6/(s + 2) + 28/(s + 2)²
Atvirkštinė transformacija
f(t) = 6·e−2t + 28·t·e−2t
f(0,25) = (6 + 28·0,25)·e−2·0,25 = 7,885
Atsakymas
f(0,25) = 7,885
4.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.6) = −5,442
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 − (−10)s − (−9) + 7(sY − (−10)) + 10Y = 0
Y(s) = (−10s − 79)/((s + 2)(s + 5))
Paprastosios trupmenos
A = −59/3 = −19,67
B = −29/(−3) = 9,667
Rezultatas
y(t) = −19,67·e−2t + 9,667·e−5t
y(0,6) = −5,442
Atsakymas
y(0,6) = −5,442
Patikra: y(0) = A + B = −10.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: σ = −3
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 = 64 → ωₙ = 8 rad/s
2ζωₙ = 6 → ζ = 6/(2·8) = 0,375
Rezultatas
σ = −ζωₙ = −6/2 = −3
Atsakymas
σ = −3
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: %OS = 38,5 %
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).