第八章连续系统的复频域分析精选文档.ppt
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1、第八章连续系统的复频第八章连续系统的复频域分析域分析本讲稿第一页,共二十四页8.1 拉普拉斯变换分析法拉普拉斯变换分析法n n复频域分析原理复频域分析原理复频域分析原理复频域分析原理n n频域分析的不足之处频域分析的不足之处频域分析的不足之处频域分析的不足之处 1.1.傅立叶反变换的积分比较困难傅立叶反变换的积分比较困难傅立叶反变换的积分比较困难傅立叶反变换的积分比较困难 2.2.对于有些信号不能进行傅立叶变换对于有些信号不能进行傅立叶变换对于有些信号不能进行傅立叶变换对于有些信号不能进行傅立叶变换n n分析原理分析原理分析原理分析原理 1.1.激励信号分解为基本信号激励信号分解为基本信号激励
2、信号分解为基本信号激励信号分解为基本信号:2.2.基本信号分别作用于系统所引起的响应也是同一复频率的指数基本信号分别作用于系统所引起的响应也是同一复频率的指数基本信号分别作用于系统所引起的响应也是同一复频率的指数基本信号分别作用于系统所引起的响应也是同一复频率的指数形式的响应分量形式的响应分量形式的响应分量形式的响应分量:3.3.将各基本单元信号的响应分量迭加将各基本单元信号的响应分量迭加将各基本单元信号的响应分量迭加将各基本单元信号的响应分量迭加本讲稿第二页,共二十四页n n零状态响应零状态响应 步骤步骤步骤步骤:1.1.将激励信号进行拉氏变换将激励信号进行拉氏变换将激励信号进行拉氏变换将激
3、励信号进行拉氏变换:2.2.系统传输函数系统传输函数系统传输函数系统传输函数:3.求系统响应的像函数求系统响应的像函数:4.4.求求求求 的拉氏反变换的拉氏反变换的拉氏反变换的拉氏反变换:本讲稿第三页,共二十四页n n零输入响应零输入响应 求解方法求解方法求解方法求解方法:1.1.利用与时域分析时完全相同的方法利用与时域分析时完全相同的方法利用与时域分析时完全相同的方法利用与时域分析时完全相同的方法 (解常系数线性微分方程解常系数线性微分方程解常系数线性微分方程解常系数线性微分方程)2.2.等效电源法等效电源法等效电源法等效电源法n n等效电源法等效电源法等效电源法等效电源法 1.1.原理原理
4、原理原理:把初始条件把初始条件把初始条件把初始条件 等转换为等效电源等转换为等效电源等转换为等效电源等转换为等效电源,将每一个等效电源看作激励信号将每一个等效电源看作激励信号将每一个等效电源看作激励信号将每一个等效电源看作激励信号,分别求其零状态响应分别求其零状态响应分别求其零状态响应分别求其零状态响应,再将所得结果相加再将所得结果相加再将所得结果相加再将所得结果相加,即得到系统的零输入响应即得到系统的零输入响应即得到系统的零输入响应即得到系统的零输入响应 本讲稿第四页,共二十四页将初始条件转化为等效电源的几种情况将初始条件转化为等效电源的几种情况 1.1.初始条件初始条件初始条件初始条件 2
5、.2.初始条件初始条件初始条件初始条件 串联阶跃电势源并联冲激电流源串联冲激电势源并联阶跃电流源本讲稿第五页,共二十四页n n积分微分方程的拉氏变换法积分微分方程的拉氏变换法n n通过对线性系统的积分微分方程进行拉氏变换可以直接通过对线性系统的积分微分方程进行拉氏变换可以直接通过对线性系统的积分微分方程进行拉氏变换可以直接通过对线性系统的积分微分方程进行拉氏变换可以直接求得系统的全响应求得系统的全响应求得系统的全响应求得系统的全响应,因为在这种变换过程中因为在这种变换过程中因为在这种变换过程中因为在这种变换过程中,反映系统储反映系统储反映系统储反映系统储能的初始条件被自动引入能的初始条件被自动
6、引入能的初始条件被自动引入能的初始条件被自动引入,计算过程较为简便计算过程较为简便计算过程较为简便计算过程较为简便.n n不足不足:全响应中零状态响应与零输入响应是混在一起的全响应中零状态响应与零输入响应是混在一起的全响应中零状态响应与零输入响应是混在一起的全响应中零状态响应与零输入响应是混在一起的,在解题过程在解题过程在解题过程在解题过程中对信号和系统间的相互作用不容易进行物理意义的解释中对信号和系统间的相互作用不容易进行物理意义的解释中对信号和系统间的相互作用不容易进行物理意义的解释中对信号和系统间的相互作用不容易进行物理意义的解释.本讲稿第六页,共二十四页8.2 系统函数的表示法系统函数
7、的表示法n n系统函数的分类系统函数的分类:(激励和响应是否属于同一端口激励和响应是否属于同一端口激励和响应是否属于同一端口激励和响应是否属于同一端口)输入阻抗函数输入阻抗函数输入阻抗函数输入阻抗函数 策动点函数策动点函数 (输入函数输入函数输入函数输入函数)输入导纳函数输入导纳函数输入导纳函数输入导纳函数 转移阻抗函数转移阻抗函数转移阻抗函数转移阻抗函数 转移函数转移函数转移函数转移函数 转移导纳函数转移导纳函数转移导纳函数转移导纳函数 (传输函数传输函数传输函数传输函数)电压传输函数电压传输函数电压传输函数电压传输函数 电流传输函数电流传输函数电流传输函数电流传输函数 本讲稿第七页,共二十
8、四页n n系统函数的图示法系统函数的图示法 零极点分布图零极点分布图 频率特性曲线频率特性曲线频率特性曲线频率特性曲线 对数频率特性曲线对数频率特性曲线对数频率特性曲线对数频率特性曲线(波特图波特图波特图波特图)复轨迹复轨迹复轨迹复轨迹本讲稿第八页,共二十四页8.3 零极点分布与时域响应特性零极点分布与时域响应特性一一.零极点分布规律零极点分布规律1.系统函数的极点和零点分布必定是对实轴成镜像对系统函数的极点和零点分布必定是对实轴成镜像对称称2.2.系统函数零点和极点的数目是相等的,只是可能有若干极系统函数零点和极点的数目是相等的,只是可能有若干极系统函数零点和极点的数目是相等的,只是可能有若
9、干极系统函数零点和极点的数目是相等的,只是可能有若干极点或零点出现在点或零点出现在点或零点出现在点或零点出现在s s平面的无限远处。平面的无限远处。平面的无限远处。平面的无限远处。本讲稿第九页,共二十四页二二.零极点分布与系统的时域特性零极点分布与系统的时域特性系统函数的几种典型情况的极点分布与系统时域特性:系统函数的几种典型情况的极点分布与系统时域特性:系统函数的几种典型情况的极点分布与系统时域特性:系统函数的几种典型情况的极点分布与系统时域特性:1.1.2.2.3.3.虚轴上的共轭极点对应等幅振荡虚轴上的共轭极点对应等幅振荡虚轴上的共轭极点对应等幅振荡虚轴上的共轭极点对应等幅振荡4.S4.
10、S左半平面上的共轭极点对应于衰减振荡左半平面上的共轭极点对应于衰减振荡左半平面上的共轭极点对应于衰减振荡左半平面上的共轭极点对应于衰减振荡 s s右半平面上的共轭极点对应于增幅振荡右半平面上的共轭极点对应于增幅振荡右半平面上的共轭极点对应于增幅振荡右半平面上的共轭极点对应于增幅振荡 本讲稿第十页,共二十四页5.5.若若若若 具有多重极点,则所对应的时间函数可能具有具有多重极点,则所对应的时间函数可能具有具有多重极点,则所对应的时间函数可能具有具有多重极点,则所对应的时间函数可能具有 与指数与指数与指数与指数相乘的形式,相乘的形式,相乘的形式,相乘的形式,t t的幂次由极点阶数决定。的幂次由极点
11、阶数决定。的幂次由极点阶数决定。的幂次由极点阶数决定。小结:小结:的极点情况的极点情况 左半面左半面左半面左半面 波形为衰减形式波形为衰减形式波形为衰减形式波形为衰减形式 右半面右半面右半面右半面 波形为增长形式波形为增长形式波形为增长形式波形为增长形式 虚轴上的一阶极点虚轴上的一阶极点虚轴上的一阶极点虚轴上的一阶极点 等幅振荡或阶跃形式等幅振荡或阶跃形式等幅振荡或阶跃形式等幅振荡或阶跃形式 虚轴上的二阶极点虚轴上的二阶极点虚轴上的二阶极点虚轴上的二阶极点 增长形式增长形式增长形式增长形式 根据根据根据根据 衰减或增长形式可以将系统划分为稳定系统和不稳定系统。衰减或增长形式可以将系统划分为稳定
12、系统和不稳定系统。衰减或增长形式可以将系统划分为稳定系统和不稳定系统。衰减或增长形式可以将系统划分为稳定系统和不稳定系统。时域特性的波形只由极点位置来决定,与零点位置无关。时域特性的波形只由极点位置来决定,与零点位置无关。时域特性的波形只由极点位置来决定,与零点位置无关。时域特性的波形只由极点位置来决定,与零点位置无关。本讲稿第十一页,共二十四页8.4 零极点分布与系统频率特性零极点分布与系统频率特性 系统的频率特性包括幅度频率特性和相位频率特性两方面,它表明系统的频率特性包括幅度频率特性和相位频率特性两方面,它表明系统的频率特性包括幅度频率特性和相位频率特性两方面,它表明系统的频率特性包括幅
13、度频率特性和相位频率特性两方面,它表明系统在正弦信号激励下稳态响应随信号频率变化的情况。系统在正弦信号激励下稳态响应随信号频率变化的情况。系统在正弦信号激励下稳态响应随信号频率变化的情况。系统在正弦信号激励下稳态响应随信号频率变化的情况。一一一一.从系统函数的观点来观察系统的正弦稳态响应,并根据从系统函数的观点来观察系统的正弦稳态响应,并根据从系统函数的观点来观察系统的正弦稳态响应,并根据从系统函数的观点来观察系统的正弦稳态响应,并根据 在在在在s s平面平面平面平面的极的极的极的极.零点分布绘制频率特性曲线零点分布绘制频率特性曲线零点分布绘制频率特性曲线零点分布绘制频率特性曲线 。本讲稿第十
14、二页,共二十四页二二.全通函数全通函数 1.1.定义:定义:定义:定义:系统函数在系统函数在系统函数在系统函数在s s平面右半面的零点和在左半面的极点相对虚轴互为平面右半面的零点和在左半面的极点相对虚轴互为平面右半面的零点和在左半面的极点相对虚轴互为平面右半面的零点和在左半面的极点相对虚轴互为镜像镜像镜像镜像2.2.系统函数的各因式矢量的模量分别相等,结果函数模量等于一系统函数的各因式矢量的模量分别相等,结果函数模量等于一系统函数的各因式矢量的模量分别相等,结果函数模量等于一系统函数的各因式矢量的模量分别相等,结果函数模量等于一个不随频率变化的常数,即这种网络不会产生幅度失真。个不随频率变化的
15、常数,即这种网络不会产生幅度失真。个不随频率变化的常数,即这种网络不会产生幅度失真。个不随频率变化的常数,即这种网络不会产生幅度失真。三三.最小相移函数最小相移函数 1.1.定义:定义:定义:定义:系统函数不仅全部极点位于系统函数不仅全部极点位于系统函数不仅全部极点位于系统函数不仅全部极点位于s s左半平面,而且全部零点也位左半平面,而且全部零点也位左半平面,而且全部零点也位左半平面,而且全部零点也位于左半平面(包括虚轴)于左半平面(包括虚轴)于左半平面(包括虚轴)于左半平面(包括虚轴)2.2.具有最小相移函数的系统稳定性较好。具有最小相移函数的系统稳定性较好。具有最小相移函数的系统稳定性较好
16、。具有最小相移函数的系统稳定性较好。本讲稿第十三页,共二十四页8.5 波特图波特图 频率特性曲线是实际中表示系统特性最常用的形式。波特提出使频率特性曲线是实际中表示系统特性最常用的形式。波特提出使频率特性曲线是实际中表示系统特性最常用的形式。波特提出使频率特性曲线是实际中表示系统特性最常用的形式。波特提出使用对数坐标绘制频率特性的方法,使得计算和作图大为简化。用对数坐标绘制频率特性的方法,使得计算和作图大为简化。用对数坐标绘制频率特性的方法,使得计算和作图大为简化。用对数坐标绘制频率特性的方法,使得计算和作图大为简化。一一一一.对数频率特性对数频率特性对数频率特性对数频率特性 对数增益:对数增
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