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) = 1, kai 0 ≤ t < 2 s (kitur nulis), paduodamas į sistemą, kurios impulsinė charakteristika h(t) = 3, kai 0 ≤ t < 3 s (kitur nulis). Raskite išėjimą y(0,5), kai t = 0,5 s.
x(t) = 1, 0 ≤ t < 2 sh(t) = 3, 0 ≤ t < 3 st = 0,5 s
y(0.5) =
2.Sąsūka ir LTI sistemosSunkus
Įėjimas x(t) = 10·cos(15t) paduodamas į sistemą, kurios h(t) = 2·e−20tu(t). Raskite nusistovėjusio išėjimo fazę φ įėjimo atžvilgiu laipsniais.
h(t) = 2e−20tu(t)x(t) = 10cos(15t)
φ = °
3.Laplaso transformacijosVidutinis
Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (4s + 21)/(s² + 2s + 17), ir apskaičiuokite f(0,25).
F(s) = (4s + 21)/(s² + 2s + 17)t = 0,25 s
f(0.25) =
4.Laplaso transformacijosSunkus
Laplaso transformacija išspręskite y″ + 7y′ + 10y = 0, kai y(0) = 8 ir y′(0) = 11, ir raskite y(0,2).
y″ + 7y′ + 10y = 0y(0) = 8y′(0) = 11t = 0,2 s
y(0.2) =
5.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 45/(s² + 7s + 45), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.
G(s) = 45/(s² + 7s + 45)
%OS = %
6.Šuolinė reakcijaSunkus
Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 25 Ω, L = 100 mH ir C = 100 µF, prijungiama prie 10 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite pirmojo įtampos piko laiką tp ms.
R = 25 ΩL = 100 mHC = 100 µFV = 10 V
tp = ms
7.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytas RC žemųjų dažnių filtras turi R = 22 kΩ, C = 22 nF. Taikoma sinusinė įvestis 160 Hz. Raskite vout fazės poslinkį φ vin atžvilgiu laipsniais.
R = 22 kΩC = 22 nFf = 160 Hz
φ = °
8.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 300/(s(s + 5)). Raskite stiprinimo kirtimo dažnį ωc, kai |L(jω)| = 1.
L(s) = 300/(s(s + 5))
ωc = rad/s
3Tirpalai
1.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: y(0.5) = 1,5
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).
Apversto impulso persidengimas
h(t − τ) yra h impulsas, apverstas ir pastumtas taip, kad baigtųsi ties τ = t.
τ ∈ [0, 0,5] → ilgis 0,5 s
Integralas
y(0,5) = 1·3·0,5 = 1,5
Atsakymas
y(0,5) = 1,5
y(t) yra trapecija: ji kyla nuo 0, išlieka ties 6 ir krinta iki 0, kai t = 5 s.
2.Sąsūka ir LTI sistemos
Atsakymas: φ = −36,87 °
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) = 2/(20 + jω)
Fazė įėjimo dažniu
φ = −atan(15/20) = −36,87°
Atsakymas
φ = −36,87°
3.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.25) = 4,468
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).
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 − 8s − 11 + 7(sY − 8) + 10Y = 0
Y(s) = (8s + 67)/((s + 2)(s + 5))
Paprastosios trupmenos
A = 51/3 = 17
B = 27/(−3) = −9
Rezultatas
y(t) = 17·e−2t − 9·e−5t
y(0,2) = 8,085
Atsakymas
y(0,2) = 8,085
Patikra: y(0) = A + B = 8.
5.Šuolinė reakcija
Atsakymas: %OS = 14,64 %
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 = 45 → ωₙ = 6,708 rad/s
2ζωₙ = 7 → ζ = 7/(2·6,708) = 0,5217
Rezultatas
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−1,921 = 14,64 %
Atsakymas
%OS = 14,64 %
6.Šuolinė reakcija
Atsakymas: tp = 10,82 ms
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).