訊號與系統 甘俊英 第4章簡答題

2023-01-14 13:42:05 字數 2794 閱讀 5814

4-1 求下列函式拉普拉斯變換反變換的初值和終值。答案

(12)

4-2 求下列函式的拉氏變換。答案

(12)

(34)

4-3 已知函式如圖4-1(a)所示,求其拉普拉氏變換。答案

圖4-1

4-4 求函式的拉普拉斯反變換。答案

4-5 利用留數法求函式的拉普拉斯反變換。答案

4-6 已知電路如圖4-2所示,求輸入時的輸出。答案

圖4-2 電路圖

4-7 已知電路如圖4-3所示,假設運放為理想運算放大器,求

(1)系統函式;

(2)使系統穩定的k值範圍。答案

圖4-3

4-8 已知系統如圖4-4所示,試求解下列問題。答案

(1)寫出系統的衝激響應,並求系統函式;

(2)畫出系統的零極點分布圖,並說明系統是否穩定;

(3)若系統激勵訊號如圖4-5所示,畫出系統響應的波形。

圖4-4圖4-5

4-9 已知系統在作用下全響應為,在作用下全響應為,求階躍電壓作用下的全響應。答案

4-10 已知系統的頻率特性模的平方為,且該系統在有一零點,求。答案

4-11 已知電路如圖6所示,(1)若初始無儲能,訊號源為,為求 (零狀態響應),列寫轉移函式,並給出對應於的零狀態響應;(2)若起始條件以,表示(都不等於零),但,求 (零輸入響應)。答案

圖64-1 解:

本例可利用初值定理和終值定理來求解。

初值定理為

終值定理為

應用初值定理時應注意,如果不是真分式,則需用長除法使**現真分式項,初值。

終值定理應用時一定要注意的極點必須落在左半平面且在時,只能有一階極點。

(1)顯然,在右半平面=1上存在有二階極點,因此的終值不存在;初值為

(2)不是有理分式,但可根據時移定理來求初值和終值,即

又因為在軸上有一對共軛極點,故不存在終值。

4-2 解:

(1),其中是由延時1得到,則

由時移性有

由域微分性有故。

(2),其中,,有

(3)(4)

由時移性有

,由尺度變換性有

。4-3 解:

圖1方法一:利用定義求解。因為

故方法二:利用微分、積分定理,將微分兩次,所得波形如圖1(a)(b)所示。

即顯然根據微分定理得

。由圖1(a)和圖1(b)可知,,,於是有

方法三:利用線性性,將分解為簡單訊號之和,即

而,根據時移性,有,

故4-4 解:使用部分分式展開法。

由於 ,,

則 即

4-5 解:令,得到乙個單極點和乙個二重極點。下面求各極點上的留數。

所以4-6 解:

解法一:由域模型得 所以

而所以解法二:經典解法。利用基本定理列方程,得

()由方程知

,即,。

齊次解求特解,令

代入方程得即解得

代入可得特解

求完全解

代入起始條件

解得代入得

解法三:將起始條件,代入零輸入響應,得

特解為完全解為

同理,代入零狀態條件得 ,所以

4-7 解:

(1)列方程

聯立求解,得

(2)要使系統穩定就要,即。

4-8 解:

(1)方法一:按照系統框圖求得衝激響應,根據拉普拉斯變換求系統函式。

設,按系統框圖可以求得衝激響應為

因此,系統函式為

方法二:直接求系統函式,即

(2)由可知系統函式的極點為,而零點滿足方程,也就是說,即系統的零點為,即,,其中,為任意整數。因此,在的極點和零點相互抵消,得出的系統函式零極點分布如圖2所示。

圖2圖 3

因為系統函式無極點,在整個域平面收斂,所以系統是穩定的。

(3)由圖1可知激勵為單邊週期方波,那麼響應既可用系統函式求解,又可用衝激響應求解。本題中,由於衝激響應相當於脈寬為1的矩形脈衝,因此用**法根據衝激響應卷積求解較為簡單。卷積的最後結果為一三角形脈衝。

具體過程讀者可自行分析。而用變換域法同樣也可求得。所得圖形如圖3所示。

解法如下:

由圖可知,為週期為1的週期訊號,它在第一週期內的訊號可表示為

拉氏變換為

利用週期訊號拉氏變換的公式,可求得訊號的拉氏變換,即

所以,系統響應的拉氏變換為

求其逆變換,則系統響應為

4-9 解:設該系統零輸入響應為,單位衝激響應為,則

兩式相減,然後求拉氏變換,得

在階躍電壓的作用下,零狀態響應為

即而由式①知

即所以,全響應為

4-10 解:設由求得的系統函式為。令代入表示式,得

因此,的零極點分布如圖1所示。取全部左半平面的零極點,有。

而要求的在有一零點,為了使的幅頻特性與的幅頻特性相同,兩者可以相差一全通函式,所以為

圖14-11 解:

(1)將元件用域模型表示,由分流公式得

系統本是二階的,但分子分母中有公因子,相消後變為一階的,對於求零狀態響應沒有影響。

(2)若,而,,求的是二階系統的零輸入響應,前面已說明在求時,分子分母的公因子相消,只剩下乙個極點了,因此,不能由簡化後的的極點確定系統的自然頻率。但可用其它方法求解,下面介紹兩種方法。

方法一:保留分母中的公因子,,可見有乙個二階極點-1。

故用、表示時,由原題電路可知,當時,對另兩條支路構成的迴路列kvl方程,得故

噹式①和式②中時,得方程組

所以故。方法二:利用域模型直接求零輸入響應,如圖1所示。

結果相同。

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