拉普拉斯逆变换(3)

2020-02-21 01:48

j??j??K11e11K11e11 £??22(s???j?)(s???j?)???1??αtcos(?t??11)?(t) ??2K11te??(8.3-20)

j?12?j?12?KeKe1212 £?1??22(s???j?)(s???j?)????αtcos(?t??12)?(t) ??2K12te??(8.3-21)

例8.3-7 求象函数F(s)?解 A(s)?0有二重根s1,2 F(s)?K11(s?2?j1)2s?1?(s?2)2?1?2的原函数f(t)

??2?j1,故F(s)可展开为

?K12(s?2?j1)?K21(s?2?j1)2?K22(s?2?j1)

由式(8.3-17)可求得

K11?(s?2?j1)F(s)K12?dds

?2?s??2?j1?24?e14?jπ4?(s?2?j1)F(s)2?s??2?j1ejπ4

利用式(8.3-20)和式(8.3-21),得 f(t)??2?2tπ1?2tπ?tecos(t?)?ecos(t?)??(t) ?422??2特别需要强调的是,在根据已知象函数求原函数时,应注意运用拉普拉斯变换的各种性质和常用的变换对。 例8.3-8 求象函数F(s)?解 将F(s)改写为 F(s)?1s?1?1s?1e?2t1?e?2ss?1的原函数f(t)。

上式第二项有延时因子e?2t,它对应的原函数也延迟2个单位。由单边指数函数变换对,得

根据延时特性,有

1s?1?e?(t)

?t

1s?1e?2t?e?(t?2)?(t?2)

再应用线性性质,得所求函数为

f(t)?e?(t)?e?t?(t?2)?(t?2)

例8.3-9 求象函数F(s)?解 将F(s)改写为 F(s)?s?2s?2s?22s?2s?2s?22的原函数f(t)。

?s?1(s?1)?122?1(s?1)?122

由余弦、正弦函数的拉普拉斯变换对及复频移特性,得 f(t)?e?tcost?(t)?e?tsint?(t)??(s?1)22e?tcos(t?π4)?(t)

?1?e?的原函数f(t)。

例8.3-10 求象函数F(s)??(s?1)?1?e?2(s?1)解 观察F(s)的形式可见,若将F(s)在s域右移一个单位,即令

F(s?1)?F1(s)[显然F(s)?F1(s?1)],则有

F(s?1)?式中F2(s)?若设F1(s)性可得

1?2eF1(s)?(1?e?s)2s(1?e?2s)?1?2e?s?e?2ss?11?e?2s?F2(s)F3(s)

?s?e?2ss,F3(s)?11?e?2s。

则根据卷积定理和复频移特?f1(t),F2(s)?f2(t),F3(s)?f3(t),

f(t)?e?tf1(t)?e?t?f2(t)*f3(t)?

F2(s)的原函数为f2(t)??(t)?2?(t?1)??(t?2),其波形如图

8.3-1(a)

所示,F3(s)的原函数是周期T?2的有始冲激函数列

f3(t)???(t?2m)

m?0?根据卷积定理,得 f1(t)?f2(t)*f3(t)????(t?2m)?2?(t?2m?1)??(t?2m?2)?

m?0?其波形是周期为2的有始方波,如图8.3-1(b)所示。最后根据复频移特性,得 f(t)?e?tf1(t)?e?t???(t?2m)?2?(t?2m?1)??(t?2m?2)?

m?0?其波形如图8.3-1(c)所示。

8.4 利用拉普拉斯变换分析电路及元件的S域模型 8.5 连续系统的系统函数

8.6 由系统函数零极点分布决定系统特性 8.7 线性系统的稳定性 8.8 双边拉普拉斯变换※

前面讨论的单边拉普拉斯变换适用于因果函数(即t?0时,。这对于许多实际应用问题是合适的。如果函数f(t)是双边f(t)?0)

函数,那么用双边拉普拉斯变换将比较方便。将单边变换中所讨论的问题稍加修改,就适用于双边变换。

在§5.1中已导出了双边拉普拉斯变换对[式(8.1-4),(8.1-5)]为

Fb(s)?£b?f(t)????? 1)

?f(t)e?stdt(8.8-

f(t)?£b?1?Fb(s)??(8.8-2)

12π?j???j??j?Fb(s)edsst 当采用单边变换时,只限于t?0,因而式(8.8-1)中若选

Re?s?????1(?1为收敛坐标),那么当t??时,f(t)e??t?0,该积分

收敛。对于双边变换还应考虑t?0的情况,这时e??t将随着t的增大而增大,因此?又不能选得过大。为了使式(8.8-1)的积分收敛,?应小于另一收敛坐标?2,使lim存在的条件为:

如果函数f(t)在有限区间内可积,且对于实常数?1,?2,有

limf(t)et??t????σtf(t)e?σtt???所以双边拉普拉斯变换Fb(s)?0。

limf(t)e?σt?0,Re?s???1????0,Re?s???2??

(8.8-3) 则在?1?Re?s???2的带状区域内,拉普拉斯积分式(8.8-1)绝对且一

致收敛。

满足式(8.8-3)的函数f(t)称为指数阶函数。在复平面上带状区域?1?Re?s???2称为双边拉普拉斯变换的收敛域。

由以上讨论可知,双边拉普拉斯变换仅在其收敛域内收敛,因而式(8.8-1)和式(8.8-2)应更确切地写为 Fb(s)?£b?f(t)?????(8.8-4)

f(t)?£?Fb(s)?????j?Fb(s)estds,?1?1bdefdef?f(t)e?stdt,?1?Re?s???2

??j??Re?s???2

(8.8-5)

例8.8-1

??1,t??2 gτ????0,t?2?求门函

的双边拉普拉斯变换。

解 根据式(8.8-4),门函数的双边拉普拉斯变换为

sτsτ Gb(s)???? ?它在全平面收敛。 例8.8-2

(8.8-6)

的双边拉普拉斯变换。 解 根据式(8.8-4)可得 Fb(s)???? ???f(t)e?stdt?e2?es2

2ssinh(s?2),???Re?s???求函数

?eα2t,t?0αtαtf(t)??αt?e2?(?t)?e1?(t) 1?e,t?0f(t)e?stdt??0??e?2te?stdt??0?0e?1te?stdt

e?(s??2)t0???(s??2)?e?(s??1)t??(s??1)

显然,当Re?s??2??0,即Re?s???2,上式第一项存在;当Re?s??1??0,即Re?s???1,上式第二项存在。这时 Fb(s)?(8.8-7)

1?(s??2)?1s??1??1??2(s??1)(s??2),?1?Re?s???2


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