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    • 1.傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)
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傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì) 傳遞函數(shù)的三種表達式

2022/12/02
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1.傳遞函數(shù)的定義和性質(zhì)

傳遞函數(shù)是指在線性時不變系統(tǒng)中輸入信號經(jīng)過系統(tǒng)后輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系表達式。它具有線性和時不變性兩個基本特性,還具有因果性、穩(wěn)定性和可逆性等重要性質(zhì)。

線性性質(zhì)意味著系統(tǒng)對于輸入信號具有可加性和齊次性,即如果一個輸入信號在系統(tǒng)中產(chǎn)生了一定的響應,那么兩個輸入信號疊加后也會分別產(chǎn)生相應的響應;如果輸入信號的幅度增加了k倍,相應的響應也會增加k倍。

時不變性質(zhì)意味著系統(tǒng)對于同樣的輸入信號,在不同的時間段內(nèi)都會產(chǎn)生相同的響應,即系統(tǒng)的響應只依賴于瞬時輸入值,而不依賴于時間。因此,可以通過測量系統(tǒng)對于各種標準輸入所產(chǎn)生的響應來確定線性時不變系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

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2.傳遞函數(shù)的三種表達式

傳遞函數(shù)有多種表達方式,其中比較常用的是時域表達式、復頻域表達式和極點零點表達式。

時域表達式指的是系統(tǒng)輸入和輸出之間的微分方程或差分方程,通過求解該方程可以得到系統(tǒng)的完整響應。由于求解微分方程或差分方程比較復雜,所以通常不會直接采用此種表達方式。

復頻域表達式指的是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)在復平面上的表示,即把傳遞函數(shù)看作復變量的函數(shù),繪制出其實部和虛部隨著復頻率變化的曲線。復頻域分析方法非常適合于對于系統(tǒng)頻帶寬度和穩(wěn)定性進行分析,但對于確定系統(tǒng)精確響應還需要進行反變換得到時域響應。

極點零點表達式則是將傳遞函數(shù)表示成分子式和分母式的乘積形式,分別稱為零點與極點。利用這種表達方式可以直觀地了解系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應特性,在控制系統(tǒng)設計中也非常有用。

傳遞函數(shù)作為描述線性時不變系統(tǒng)響應的數(shù)學工具,是控制理論中重要的概念之一。在實際應用中需要根據(jù)不同的場景采用合適的表達方式來確定系統(tǒng)的傳遞函數(shù),以便進一步分析其特性、設計和優(yōu)化控制算法。

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