二、实验原理

二、实验原理

1.拉普拉斯变换及其曲面图的绘制.

连续时间信号f(t)的拉普拉斯变换定义为

img

其中s=σ+jω,若以σ为横坐标(实轴),jω为纵坐标(虚轴),复变量s就构成了一个复平面,称为s平面.

首先,利用两个向量来确定绘制曲面图的s平面的横、纵坐标的范围.然后,调用meshgrid()函数产生矩阵s,并用该矩阵来表示绘制曲面图的复平面区域.最后,计算出信号拉普拉斯变换在复平面的这些样点上的值,即可用函数mesh()绘出其曲面图.

从拉普拉斯变换曲面图可以看出,曲面图中均有突出的峰值点,在S平面的对应点就是信号拉普拉斯变换的极点位置.

2.拉普拉斯逆变换及MATLAB实现.

连续信号f(t)的拉普拉斯变换具有如下一般形式:img.

若K≥L,则F(s)可以分解为有理多项式与真分式之和,即

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其中,P(s)是关于s的多项式,其逆变换可直接求得(冲激信号及其各阶导数),R(s)为关于s的有理真分式,即满足M<N.以下讨论M<N的情况.

设连续信号f(t)的拉普拉斯变换为F(s),则img.

在满足M<N的条件下,有以下几种情况:

(1)极点均为单重的情况下,可对其直接进行部分分式展开得

img

其中,img称为有理函数F(s)的留数.F(s)的拉普拉斯逆变换为:img.

(2)有k重极点,设为p1,则部分分式展开为

img

K1i可用式img求得,则F(s)的拉普拉斯逆变换为

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(3)有共轭极点img,设F(s)有一对共轭

极点p1,2=-α±jβ,则img.由共轭极点所决定的两项复指数信号可以合并成一项,故有img.

从以上分析可以看出,只要求出F(s)部分分式展开的系数(留数)ri,就可直接求出F(s)的逆变换f(t).

上述求解过程,可以利用MATLAB的residue()函数来实现.函数调用格式为

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输入变量A和B分别为F(s)的分子和分母多项式构成的系数向量.

输出变量r、p和k,其中p为包含F(s)所有极点的列向量,r为包含F(s)部分分式展开系数ri的列向量,k为包含F(s)部分分式展开的多项式的系数行向量,若M<N,则k为空.