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信号处理的复频域分析方法推荐

信号与系统和数字信号处理 来源:互联网 作者:佚名 2017-11-25 07:40 次阅读

连续时间系统的复频域分析

音频提纲:(文字简略而枯燥,语音才更加详细生动哦)

连续时间系统的复频域分析可以总结为如下三个方面的内容:

图1

一、利用单边拉氏变换求解LTI系统的响应

1、微分方程的求解

描述连续时间LTI的是常系数的线性微分方程,也就是,由y(t)以及y(t)的各阶导数和x(t)以及x(t)的各阶导数,乘上相应的系数(常数),加加减减组合成的等式。这个时候,拉氏变换的时域微分特性就大有用武之地了。

方程两边取单边LT,利用LT微分性质,就将时域的微分方程,转变成了s域的代数方程(由X(s)Y(s)以及系统的初始状态y(0-)y(0-)......组成),这样,做一个简单的代数运算,就可以求出Y(s),再求反变换就得到y(t),这个y(t)是全响应。

2

如果要分别求解零输入响应和零状态响应,也很容易。要在求解过程中就分开,看下题,把X(s)放在一堆,初始状态y(0-)y(0-)......等等放在一堆,那前者就是零状态响应的拉氏变换,后者就是零输入响应的拉氏变换。

图3

2、电路系统的求解

当然可以先列出电路系统的微分方程,然后利用s域求解方法求解之。但更简便的方法是,利用电阻电容、电感的复频域等效模型替换,将电路转换为复频域的等效电路,直接列出代数方程。

下图4是电阻、电容和电感的时域及复频域的等效模型。

4

这样,将电路系统转换成s域的等效模型之后,利用KVLKCL列出方程(这个就是代数方程了),求出Y(s),再求拉氏反变换即可得出y(t)

二、利用系统函数分析系统特性

1、系统函数

系统函数H(s)是谁?

H(s)与h(t)的关系:是单位冲激响应h(t)的拉氏变换;

H(s)与输入/输出的关系:是Y(s)/X(s)

H(s)与H(jw)的关系:H(jw)=H(s)|s=jw

H(s)与微分方程的关系:

H(s)与极零点图的关系:

H(s)与系统框图、流图的关系:

图5

2、稳定性分析

定义:输入有限,则输出一定有限(BIBO)

从时域上看:h(t)满足绝对可积

从复频域上看:

收敛域:包含虚轴

极点位置:对于因果系统,所有极点均位于左半平面

劳斯——霍尔维茨准则(但是需要注意,只适用于判断连续时间因果系统的稳定性,而且必须计算到n+2行才有意义)

3、系统函数极零点对滤波器特性的影响

系统的幅频特性=各零点矢量长度之积/各极点矢量长度之积

系统的相频特性=各零点矢量相角之和 - 各极点矢量相角之和

极点对幅频特性的影响——极点增强增益。

极点对频率选择性的影响是:使得w0处的增益增强。

随着极点愈靠近虚轴(a减小),增强效果愈明显。如果是高阶极点,增强效果也愈明显。

共轭极点的存在并不会显著改变w0附近的频率选择特性。

零点对幅频特性的影响——零点抵消增益。

零点对频率选择性的影响是:使得w0处的增益减小。

随着零点愈靠近虚轴(a减小),减弱的效果愈明显。当零点在虚轴上时,使w0处增益为零。

图6

下面给一个典型了例题,根据极零点图判断系统的滤波特性。

图7

三、系统框图与实现

梅森公式是桥梁,可以很方便地在系统函数和流图或框图之间转换。在自动控制、数字信号处理等课程中也有应用。因为内容比较简单,这里不再赘述。

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原文标题:理一理“连续时间信号与系统的复频域分析”(之二)——系统的复频域分析

文章出处:【微信号:SignalAndSystem_DSP,微信公众号:信号与系统和数字信号处理】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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