第四章 Laplace变 换法,连续时间系统的 S域分析本章要点 (1)
拉氏变换的定义 —— 从傅立叶变换到拉氏变换拉氏变换的性质,收敛域卷积定理 (S域 )
周期和抽样信号的拉氏变换系统函数和单位冲激响应拉氏变换与傅氏变换的关系本章要点,(2)
.时移定理的应用条件
.微分积分定理中初值的讨论
.求信号拉氏变换的几种方法
.0-和 系统的讨论
.周期信号的拉氏变换
+0
*本 章要点( 3)
.z-p点的位置与 时域波形的相应关系
.由 z-p点确定自由,强迫,暂态,稳态响应
.稳态响应的分析方法
.由 z-p点画系统频率特性曲线
.z-p点的位置与系统稳 定性间的关系
*拉普拉斯变换法的几个显著优点;
1.它简化了函数,
2.它简化了运算,
3.它不需要确定常数,
4.有效地利用了阶跃和冲激响应,
§ 4.1-4.4复频域分析的数学基础一,傅立叶变换与 Laplace变换之间关系
1.拉氏变换的定义 —— 从傅氏变换到拉氏变换有几种情况不满足狄里赫利条件:
u(t)
增长信号
周期信号
)0(?ae at
若乘一衰减因子为任意实数,则收敛,可以满足狄里赫利条件
te
tetf).(
tetu)(
)(,aee tat
te t 1co s
t1c o s?
1.......)()( dtetfjF tj?


dtetfdteetftfeF tjtjtt


0
)(
0
)()()]([
2.....)()(
0
)( dtetfjF j?


dejFtfe tjt?

)(
2
1
)(


dejFtf
j


)(
)(
2
1
)(
j
ds
dt h e njsif,,.
dtetfsF st?

0
)()(
dsesF
j
tf st?


)(
2
1
)(
2.傅立叶,单边拉氏变换是双边拉氏变换的特殊情况单边单边拉氏变换
js
)0)(( ttf
双边拉氏变换
js
))(( ttf
付氏变换
js?
))(( ttf
0
0?t
0)(?tf
])([)]([ tetfFtfL
0)(,0, tftif
拉氏变换与傅氏变换的关系
dtetf tj?)(
因果
0
乘衰减因子
te
dtetf tj
0
)()(
js
0 )( dtetf st
dtetf st)(
js
dtetf tj

)()(
0
0)t(f
0t
tetftf )()(
1
dtetfF tj
0
)(
1 )()(

因果

0
)()( dtetfsF st
js
象函数正 LT
dsesF
j
tf
j
j
st


)(
2
1
)(
原函数逆 LT
FT,实频率 是振荡频率
LT,复频率 S 是振荡频率,控制衰减速度

3.常用信号的拉氏变换
S
1
tatu)( as?
1
nt 1
!
ns
n
)(t? 1
)( 0tt 0ste?
)t(u
例,正弦余弦信号的拉氏变换
2
)()(
tjtj ee
tutf

22
2
1
)
11
()(

S
S
jSjS
SF
j
eetutf tjtj
2
)()(

22
2
1
)
11
()(

S
jjSjS
SF
t?c o s t?sin
例:衰减余弦的拉氏变换
tetf t co s)(
220
][ c o s)(

S
S
tLTSF
22)(
)(


S
S
SF
频移特性
4.拉氏变换的收敛( p177,4-13)
0)(l im

t
t
etf? 指数阶函数
0*几种信号的收敛情况
a.对于 t< t0(t0=0)为零的右边信号,其收敛域在收敛轴的右边,
)(tu
j
1?
1
1?
b.对于 t>t0为零的左边信号,收敛域在收敛轴的右边,1.,,,,,0lim

tt ee
t
te
12
c.对于双边信号,其收敛域在 21 内

0

1
d.凡是有始有终 能量信号,对于整个 s平面都收敛。
1t 2t
j
.,0
0)(lim::



收敛域才包括时只有对于右边信号注意
t
etf t?
5.三种类型信号的举例
)(tf )]([ tfF )]([ tfL
ate
as?
1
ate?
aj
1
as?
1
t0sin?
)]()([
2 00
j
2
0
0
2
2
0
2
0
s
从单边拉氏变换到傅氏变换 — 有始信号
0)(
0
tf
t
)(tue at
a
a
t
)(tf
0)1( 0
as
sF
1)(
傅氏变换不存在,拉氏变换存在
j
从单边拉氏变换到傅氏变换 — 有始信号
0)(
0
tf
t
0)2( 0
)(tf
t
)(tue at?
a?
a
j
as
sF
1)( ajjF 1)(
js?
从单边拉氏变换到傅氏变换 — 有始信号 0)( 0tft
0)3( 0
存在傅氏变换,但以虚轴为收敛边界,
不能简单用,
要包含奇异函数项。)(tu
ssF
1)(? )(1)(
jjF

n
nnjs ksFjF )()()(
js?
K1=1
a.
00 ate
a
0,0b
ate?
a?
0,0c
t0sin?
)0(s i n 0lim

不定 値t
t
te
6,00 )(.).(,?Fa n dSF 的互求,
)()()]([ n
n
nkjsSFtfF

n
n
js
k
sF
)(
2
0
2
0
0 )()]([ s in

s
sFttuL
js
j
js
j
sF
22)(
从 的单边拉氏变换求它的傅氏变换
)(.s in 0 tut?
)(.s i n)( 0 tuttf
LT
2
0
2
0)(
ssF

n
nnjs ksFjF )()()(
00
2
0
2
0 22)(

js
j
js
j
s
sF
)()(
2
)( 0022
0
0


jjF
2
0
2
0
)()(

jjF
K2K1
)()()]([ s i n 0 n
n
nkjssFttuL
)]()([
2
)(
2
)(
2
0022
0
0
0022
0
0






j
jj
7.结语,0a,0t....e at
0,0.,,, ate at
dtedte
dtetf
tata
st





0
)(
0
)(
)(

)(tf
a? a
j
)()()( tuetuetf btat
0 )(0 )()( dtedtedtetf tatbt
ba
baab,
ab?
收敛,存在双边拉氏变换没有收敛域。不存在双边拉氏变换双边拉氏变换收敛域 —
)()()( tuetutf t
0 )1(0 )()()( dtetudtetudtetf ttt
0 1
ss
tf
LT

1
11)(
0 1
10
j
)( tuet? )(tu
0
1
10 0
01
1)()()(2tuetutf t
ssss
tf
LT


1
11
1
11)(
2
0)()()(3tuetutf t
ssss
tf
LT


1
11
1
11)(
3
不同原函数,收敛域不同,也可得到相同的象函数。
>?0称收敛条件收敛区
j?
0
0称绝对收敛坐标
S平面右半平面左半平面二,f(t)与 F(s)的几 点说明
dsesF
j
tf
dtetfsF
j
j
st
st


)(
2
1
)(
)()(
0
1.t<0区间的函数值与变换结果无关
)(]1[ tue
as
L at
)()(1 sFtf?
1 ate?
1
ate? ate?
ate
)(1 tf
2.规定单边拉氏变换下限从 0-开始。
3.从算子符号法说明拉氏变换的定义
(p176-177),理解 初始条件自动地包含在变换式中,
4.物理解释
tst
tj
e
dsF
e
t
djF
ea

)(
..
)(
.
j?
j?.b
c.基本差 别,付,t,w都是实数;拉,t为实数,
s为复数。
三,Laplace反变换的求取。
1.查表法( p181.表 4-1)
2.部分分式分解法 (p190-p195)
3.围线积分法 ---留数法 (p195-p196)
4.利用拉氏变换的性质求反变换 (p181-190)
5.利用里曼 -反演公式
6.借助数字计算机求反变换例,p250.4-4(4)
ns
sF
s
e
sF
s
c o s
1
)(
)(
]
)5s(s
1[L
2
1

)5(
1)
5
1
(
)5(
1
5
1
5
5
1
5
1
)5(
1
5)5(
1
:
2
2
2
22
2
0
2
22




ss
cssb
ss
csbss
s
cbs
s
ss
sa
s
cbs
s
a
ss
s

0
0
5
1

c
b
)5c o s1(
5
1
))5/(
5
1
(/
5
1
(
)5(
1
[
21
2
1
t
sssL
ss
L



22
22
3
1
)
2
3
()1s(
2
3
3
2
1s
1ss
1
1s]
1ss
s
[L






tetttf
t
2
3
s i n
3
2
)()()( 2'

P251.4-4(20)
)]
9s
s
[ l n (l

)t(u)1e(
t
1
)t(f
)1e()t(f,
s
1
9s
1
)s(F
)
9s
s
l n (ds)
s
1
9s
1
(:
t9
t9
11
s





s
dssFtf
t
L )()](
1
[?
cx
x
dx
x
x
x

ln
1
ln
'
的原函数。用留数定理求 2)1)(3( 2)(.* sss sSF
1;3;0:)(,321 ssssF 有一个二重极点有两个单极点解它们的留数分别为:
3
2
)1)(3(
2
])()[( 0201
1

sstssst e
ss
s
esFss
t
s
st
ss
st ee
ss
s
esFss 33
232 12
1
)1(
2
])()[(
2


)(])
4
3
2
(
12
1
3
2
[)( 3 tue
t
etf tt
ttt
ss
st
e
t
ee
t
e
sss
s
s
ds
d
s





)
4
3
2
(
4
3
2
]
)1)(3(
2
)1[(]1[Re
12
2
3
dsesF
j
tf
dtetfsF
j
j
st
st



)(
2
1
)(
)()(


dejFtf
dtetfjF
tj
tj


)(
2
1
)(
)()(

0?j
0?
平面s
j
teee
tee
tjj
tjtj


c o s2
c o s2
)()(



绝对收敛域。
的的集合),称为(或者说所有区域存在的能使平面上,凡是在拉氏变换为对应的绝对收敛域:给定信号
)(
)(
)(
),(
sF
sF
SsF
tf
0?
j
收斂轴收敛轴
0? 收敛坐标预习:
§ 4.3 Laplace变换的性值