Временной анализ линеаризованных цепей
Важным следствием линеаризации является то, что анализ реакции цепи на приращения относительно режима покоя - это задача при нулевых начальных условиях. При нулевых начальных условиях применение одностороннего преобразования Лапласа приводит к замене операции дифференцирования и интегрирования по времени к операции умножения или деления на переменную р:
В результате дифференциальное уравнение, определяющее связь “вход-выход” цепи, трансформируется в алгебраическое в функции от р: y (p) =x (p) ·K (p), (2.13) где Переход от изображения реакции цепи к оригиналу (обратному преобразованию Лапласа L-1[у (р) ]) может быть проведен на основании интеграла свертки. В теории преобразования Лапласа доказано, что, если y (p) =A (p) ·B (p), а A (t), B (t) - оригиналы А (р) и В (р), то имеет место равенство, которое и называется интегралом свертки
На основании интеграла свертки можно, зная реакцию цепи на некоторый тестовый сигнал, определить реакцию цепи на любой сигнал. В качестве тестового сигнала может, например, выступать дельта-функция d (t) - импульс бесконечно большой амплитуды и бесконечно малой длительности. По определению дельта-функции площадь под кривой d (t) равна единице:
Хотя дельта-функция является математической абстракцией, ее введение позволяет во многих случаях упростить анализ. Поскольку изображение по Лапласу дельта-функции
то реакция цепи на дельта-функцию есть оригинал передаточной функции и называется импульсной характеристикой цепи: K(t)=L-1[K(p)]. Для произвольного сигнала x (t) имеем y(p)=x(p)·K(p) и на основании (2.14) получим
Соотношение (2.15.) означает, что, зная импульсную характеристику цепи k (t), можно определить реакцию цепи на любой сигнал x (t). Реакция цепи на единичное ступенчатое воздействие x (t) =1=1 (t)(t³0) называется переходной характеристикой цепи h (t). Поскольку изображение по Лапласу единичной функции
то реакция системы на единичное воздействие будет равна h (p) =1 (p) ·K (p) = тогда переходная характеристика
Для произвольного сигнала x (t) реакция цепи y (p) =x (p) ·K (p). Проведем очевидное преобразование этого выражения: На основании свойств преобразования Лапласа оригиналы
Тогда на основании интеграла свертки и свойства линейности преобразования Лапласа получим
Соотношение (2.16.) называется интегралом Дюамеля и позволяет по известной переходной характеристике цепи h(t) определить реакцию на любой сигнал.
|