信号系统第三章答案

X第1页内容摘要拉氏变换的定义和收敛域典型信号的拉氏变换三．拉氏变换的基本性质二．单边拉氏变换逆变换的求法一．拉普拉斯变换四．用拉普拉斯变换法分析电路五．系统函数系统函数的定义由零极点的决定系统的时域特性由零极点的分析系统的稳定性由零极点的分析系统的频响特性部分分式展开法围线积分法X第2页例题•例题1：求拉氏变换•例题2：求拉氏变换，拉氏变换的性质•例题3：拉氏变换的微分性质•例题4：系统函数，求解系统的响应•例题5：用拉氏变换法分析电路X第3页例4-1求下列函数的拉氏变换1ttutf拉氏变换有单边和双边拉氏变换,为了区别起见,本书以表示单边拉氏变换,以表示双边拉氏变换。若文字中未作说明,则指单边拉氏变换。单边拉氏变换只研究的时间函数,因此,它和傅里叶变换之间有一些差异,例如在时移定理,微分定理和初值定理等方面。本例只讨论时移定理。请注意本例各函数间的差异和时移定理的正确应用。sFtfsFBtf0tssstututLttuLsFe1111112X第4页例4-2tf其他02t121t0tttf4-2（a）求三角脉冲函数如图4-2（a）所示的象函数和傅里叶变换类似，求拉氏变换的时，往往要借助基本信号的拉氏变换和拉氏变换的性质，这比按拉氏变换的定义式积分简单，为比较起见，本例用多种方法求解。ttf112oX第5页方法一：按定义式求解方法二：利用线性叠加和时移性质求解方法三：利用微分性质求解方法四：利用卷积性质求解X第6页方法一：22222222110101010210e11e1e2e2e21e1e1dede2de1e1de2dedesssssssstststststststssssssssttttsstttttttfsF按定义式求解X第7页方法二：利用线性叠加和时移性质求解于是22112tuttutttutf0e102stsFttfLsttuL2222e11ee211ssssssF由于X第8页方法三：利用微分性质求解信号的波形仅由直线组成，信号导数的象函数容易求得，或者信号经过几次微分后出现原信号，这时利用微分性质比较简单。将微分两次，所得波形如图4-2（b）所示。tf图4-2（b）otfdtd112t1otfdtd2212t112X第9页222e1212ddstδtδtδLttfL00dd222sffsFsttfL,00f00f22e1ssFs22e11sssF显然根据微分性质由图4-2（b）可以看出于是X第10页方法四：利用卷积性质求解可看作是图4-2(c）所示的矩形脉冲自身的卷积tftf1tftftf11sFsFsF11sssFe11122e11sssF所以于是，根据卷积性质而图4-2（c）o11ttf1X第11页例4-3ottutf313ottutf2232ottutf31应用微分性质求图4-3（a）中的象函数图4-3（a）的导数的波形。下面说明应用微分性质应注意的问题，图4-3（b）是,1tf,2tftf3tftftf321,,tftftf321),(,X第12页图4-4（b)otttf31)3(otttf2)1(otttf3)1(ssFsF321，因而，但虽然tftfsFsF21212tfLtfL21,21tutftf由于（1）对于单边拉氏变换,故二者的象函数相同，即X第13页，故，由于对于2022ftf122ssFtfL，故，由于对于0011ftf301ssFtfL这是应用微分性质应特别注意的问题。，，一阶导数相同，但和虽然002033232fftftf2d0d0202xxδfxxδtfttxxδfxxδtfttd0d0303sfstδFssF101133因此因而XsfstδFssF301122X第14页X301ssFtfLssF31则122ssFtfLssF32则xxδtftd03sfstδFssF101133则由图4-3（b）知X第15页例4-4o123ttx31；时，系统的输出为当输入tuttytδtxte11；时，系统的输出为当输入tutytutxte322tx3当输入。3ty某线性时不变系统，在非零状条件不变的情况下，三种不同的激励信号作用于系统。为图中所示的矩形脉冲时，求此时系统的输出则thtytytytyzizszi1tgtythtytytytyzi)1(zi)1(zszi2ttththtytye2)1(211211ssHssHtutthtetuthtytytzie2)(1tutytytgtezi23e1ee23131zi3tutututgtgtytyttt阶跃响应XX第17页例4-5电路如图4-5（a）所示（1）求系统的冲激响应。（3）求系统的起始状态，的激励时的完使系统对tu。全响应仍为tu使系统的零输,00CLvi、（2）求系统的起始状态入响应等于冲激响应。tvCΩ2H1teF14-5(a)0LiX第18页（1）求系统的冲激响应。程简便。解微分方，这种方法比在时域求求逆变换可求得对。是一对拉氏变换的关系与系统函数系统冲激响应thsHsHth利用s域模型图4-5（b）可直写出图4-5（a）电路的系统函数121112sssCsLRsCsEsVsHo冲激响应tutsHLthte101CvssVos1sEs0Li4-5(b)2X第19页（2）求系统的起始状态为求得系统的零输入响应，应写出系统的微分方程或给出带有初值的s域模型。下面我们用s域模型求解。图4-5(a)电路的s域模型如图4-5(b)。11200212011120012LC2CLCo零输入响应零状态响应ssivssssEvssssivssEsV由图4-5(b)可以写出X第20页1002LCivs上式中第二项只和系统起始状态有关，因此该项是零输入响应的拉氏变换。依题意的要求，该项应和相等，从而得sH1000LCiv故系统的起始状态X第21页通过本例可以看出，改变系统的起始状态可以使系统的完全响应满足某些特定要求。本质上，系统的零输入响应完全由系统的起始状态决定，对一个稳定系统而言，零输入响应是暂态响应中的一部分，因此，改变系统的起始状态只能改变系统的暂态响应，使暂态响应满足某些特定要求，例如，本例要求暂态响应为零。X第22页（3）求系统的起始状态求得完全响应根据式当激励信号1tute有等于激励信号完全响应由该式容易看出，要使,otut2120021221120021212LC22LC2ossivsssssssivsssssV从而求得系统的起始状态02002LCsivs0010LCiv