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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