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2 复数域数学模型-传递函数.ppt

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第二节 复数域数学模型 —传递函数 本节内容 f(t)称为 F(s)的拉氏逆变换。记为: (2)例2 求阶跃函数 的拉氏变换。 (4)终值定理 a.实域中的位移定理,若原函数在时间上延迟 ,则其象函数应乘以 。 直接按上式求原函数太复杂,一般都用查拉氏变换表的方法求拉氏反变换,但F(s)必须是一种能直接查到的原函数的形式。 若F(s)不能在表中直接找到原函数,则需要将F(s)展开成若干部分分式之和,而这些部分分式的拉氏变换在表中可以查到。 例2:求 的拉氏反变换。 比较系数法 留数法 线性定常系统微分方程的一般形式为: c(t)为系统的输出,r(t)为系统输入,则在零初始条件下,对上式两边取拉氏变换,由微分性质得到系统传递函数为: 在零初始条件下求系统或环节的传递函数,只需要将微分方程中变量的各阶导数用s的相应幂次代替就行了,因此从微分方程式求传递函数非常容易。经过变换后,我们把一个复杂的微分方程式变换成了一个简单的代数方程。 2.传递函数的性质 (1)对应性:传递函数与微分方程一一对应。如果将 置换,传递函数 微分方程 (2)固有性:传递函数表征了系统本身的动态特性。传递函数只取决于系统本身的结构参数,而与输入等外部因素无关,可见传递函数有效地描述了系统的固有特性。 (3)局限性:只反映零初始条件下输入信号引起的输出,不能反映非零初始条件引起的输出。 (4)唯一性。 解:已求得网络的微分方程形式为 解:已求得网络的微分方程形式为 例3 一个由弹簧、质量、阻尼器组成的做直线运动的力学系统。图中,m为物体的质量,k为弹簧系数,f为粘性摩擦系数,F(t)为物体受到的外作用力,y(t)为物体的位移。试求传递函数Y(s)/F(s)。 解:已求得系统的微分方程形式为 例4 测得某系统在零初始条件下脉冲输入作用时的输出响应为 电气网络的运算阻抗与传递函数 (重要) 运算(复)阻抗 作业: 2-3 2-4 2-9 2-10 稳态增益K和根轨迹增益K*的定义及关系: 这两个参数是重要的调试参数。 称为系统的特征多项式,S的最高阶次n即为 系统的阶次。 D(s)=0称为系统的特征方程。 分母 传递函数的三大表达形式: 传递函数的零极点分布图 传函 的零极点分布图 (5)传递函数的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应,反之,系统单位脉冲响应的拉氏变换是系统的传递函数,两者有一一对应的关系。 (6)同形性:G(s)虽描述了输出输入间的关系,但它不提供任何该系统的物理结构。物理性质截然不同的系统或元件,可以有相同的传递函数。 (7)特殊性:传递函数仅适用于线性定常系统。 (8)有理性:传递函数为有理真分式函数。即m小于等于n。 静一静,想一想: 1. 我们已经前进一步了,我们将一般形式的微分方程变换成了传递函数,并且有了许多表达形式; 2.我们把研究对象的微积分运算形式变成了代数运算形式,简化了运算,降低了工作的难度; 3.更大的收获是在传递函数代数和几何形式下,想象力增强了。我们可以对系统采取更多的方法进行分析和研究了。 四 传递函数的建立 方法1:一般元件和系统传递函数的求取方法: (1)列写元件或系统的微分方程; (2)在零初始条件下对方程进行拉氏变换; (3)取输出与输入的拉氏变换之比。 例1 对RC无源网络,求传递函数Uo(s)/Ui(s)。 两边进行拉氏变换,可得 取输出与输入的拉氏变换之比 例2 对无源网络,求传递函数Uo(s)/Ui(s)。 两边进行拉氏变换,可得 取输出与输入的拉氏变换之比 f 两边进行拉氏变换,可得 取输出与输入的拉氏变换之比 方法2:利用系统的单位脉冲响应求系统的传递函数。 (1)测量系统在零初始条件下的单位脉冲响应; (2)对单位脉冲响应作拉氏变换即得系统的传递函数。 证明: 由 由 所以 又因为 所以 C(s):系统单位脉冲响应复数域形式 c(t): 系统单位脉冲响应时域形式 求系统的传递函数。 解:对单位脉冲响应作拉氏变换即得系统的传递函数 电阻 电容 电感 例5 对无源网络,求传递函数Uo(s)/Ui(s)。 解:把图中各量用复阻抗表示 根据分压定理写出Uo(s)表达式 化简得传函表达式 复阻抗+分压定理 例6 对无源网络,求传递函数Uo(s)/Ui(s)。 * * 第二章 控制系统的数学模型 建立系统微分方程的目的是什么? 如何求解得到的微分方程式
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