| 连续时间信号 | 离散时间信号 | |||
| 时间区间 | ||||
| 瞬时功率 | ||||
| 能 量 | ||||
| 平均功率 | ||||
| 周期信号 | ||||
| 线 性 | 判断方法:先线性运算,后经系统的结果=先经系统,后线性运算的结果 | |||
| 时不变性 | 若,则 | 若,则 | ||
| 系统时不变性: 1电路分析:元件的参数值是否随时间而变化 2方程分析:系数是否随时间而变
3输入输出分析:输入激励信号有时移,输出响应信号也同样有时移。 | ||||
| 功率信号: 能量信号: | ||||
| 备注 : | ||||
第二、三章.连续时间信号、离散时间信号与系统时域分析
一.普通信号
| 普通信号 | , | ||
| 直流信号 | |||
| 实指数信号 | 时间常数: | ||
| 虚指数信号 | |||
| 正弦信号 | |||
| 复指数信号 | |||
| 冲激信号 | 是偶函数 | |
| 筛选特性 | 特别: | |
| 取样特性 | 特别: | |
| 展缩特性 | 证明:1. 2. 3. | |
| 阶跃信号 | 处可以定义为(个别点数值差别不会导致能量的改变) | |
| 性 质 | 1. 2. | |
| 斜坡信号 | ||
| 性 质 | 1. 2. | |
| 高阶冲激信号 | ||
| 冲激偶信号 | 说明:1.量纲是 2.强度的单位是 3.是奇函数 | |
| 筛选特性 | 证明:对两端微分 | |
| 取样特性 | 证明:关键利用筛选特性展开 | |
| 展缩特性 | 特别: 是奇函数 | |
| 备注:1.尺度变换: | ||
| 连续时间信号 | 离散时间信号 | |||
| 卷积定义 | ||||
| 交 换 率 | ||||
| 分 配 率 | ||||
| 结 合 率 | ||||
| 奇异信号卷积特性 | 单位样值信号卷积特性 | |||
| 单位元特性 | ||||
| 延时特性 | ||||
| 积分特性 | ||||
| 冲激偶卷积 | ||||
| 元件名称 | 电路符号 | 时 域 | 电路符号 | 频 域 | 电路符号 | 复 域 | |
| 关系 | 运算模型 | 运算模型 | 运算模型 | ||||
| 电 阻 | |||||||
| 电 容 | |||||||
| 电 感 | |||||||
系统建立微分方程建立算子方程: 系统的特征方程:
六.系统的特征方程
| 连续时间系统零输入响应 | 连续时间系统零输入响应 | ||
| 条 件 | 的表 式 | 的表达式 | 条件 |
| n个各不相同的实数 | k个各不相同的实数 | ||
| r个重根,n-1个单根 |
|
| q个重根,k-q个单根 |
| i个成对的共轭复根 |
|
| 系统含有共轭复根 |
| 连续时间系统 | 离散时间系统 | ||||
| 传输算子 | 冲激响应 | 传输算子 | 样值响应 | ||
| 单位样值信号 | ||||
| 单位阶跃序列 | ||||
| 斜变序列 | ||||
| 矩形序列 | ||||
| 复指数序列 | ||||
| 指数序列 | ||||
| 虚指数序列 | ||||
| 周期性 | ||
| 当即,才是周期序列 为数字角频率单位:弧度 为模拟角频率单位:弧度/秒 | ||
| 序列的累加 | ||
| 序列的差分 | 一阶前向: 一阶后向: | |
| 序列的移位 | 单位超前算子: 单位延迟算子: | |
直流分量与交流分量 奇分量与偶分量
备注:无
第四章.连续时间信号与系统频域分析
一.周期信号的频谱分析
1. 简谐振荡信号是线性时不变系统的本征信号:
傅里叶变换:
点 测 法:
2.傅里叶级数和傅里叶变换
| 在时域内 | 周期信号傅里叶级数 |
| 在频域内 | 非周期信号傅里叶变换 周期信号傅里叶变换 |
绝对可积,即
的极大值和极小值的数目应有限
如有间断点,间断点的数目应有限
4.周期信号的傅里叶级数
| 周期信号的傅里叶级数 | 信号集的正交性 | ||
| 三角形式 | |||
| 指数形式 | |||
| 对称性 | 傅里叶级数中所含分量 | 余弦分量系数 | 正弦分量系数 |
| 偶函数 | 只有余弦项,可能含直流 | ||
| 奇函数 | 只有正弦项 | ||
| 半波像对称(奇谐函数) | 只有偶次谐波,可能含直流 | ||
| 半周期重叠(偶谐函数 | 只有奇次谐波 |
| 内瓣内含条谱线 |
一般周期信号:
系统的输出 :
二.非周期信号的傅里叶变换(备注)
| 备注序号 | 说明内容 |
| 证明:
| |
| 求解:由
| |
| 证明:
| |
| 证明: (令)
| |
| 1. 2.证明: | |
| 用法:信号可以分解成两个信号,其中之一的频谱是冲激或冲激串使用 | |
| 1.注意:要避免出现及等不确定的的乘积关系,如求不能用卷积定理,可先求出,再用频域微分特性。 2.证明: 而 则 | |
| 备 注 |
1.连续傅里叶变换性质
连续傅里叶变换性质及其对偶关系
傅氏变换 :
| 傅氏反变换: | |||||||
| 连续傅里叶变换对 | 相对偶的连续傅里叶变换对 | ||||||
| 名称 | 连续时间函 | 傅里叶变换 | 备注 | 名称 | 连续时间函数 | 傅里叶变换 | 备注 |
| 唯 一 性 | |||||||
| 线 性 | |||||||
| 尺度比例变换 | |||||||
| 对 称 性 | |||||||
| 时 移 | 频 移 | ||||||
| 时域微分性质 | 频域微分性质 | ||||||
| 时域积分性质 | 频域积分性质 | ||||||
| 时域卷积性质 | 频域卷积性质 | ||||||
| 对 称 性 | 奇偶虚实性质 | 是实函数 | |||||
| 希尔伯特变换 | |||||||
| 时 域 抽 样 | 频 域 抽 样 | ||||||
| 帕什瓦尔公式 | :能量谱密度、能量谱 | ||||||
| 中心纵坐标 | (条件: ) (条件:) | ||||||
常用的连续傅里叶变换对及其对偶关系
| 连续傅里叶变换对 | 相对偶的连续傅里叶变换对 | ||||
| 重要 | 连续时间函数 | 傅里叶变换 | 连续时间函数 | 傅里叶变换 | 重要 |
| √ | 1 | 1 | √ | ||
| √ | |||||
| √ | |||||
| √ | √ | ||||
| √ | √ | ||||
| √ | |||||
| √ | |||||
| √ | |||||
| √ | |||||
| √ | |||||
| √ | |||||
| √ | |||||
1.输入信号与输出信号的关系
时域:
频域:
2.无失真传输系统函数
无失真传输满足的两个条件:
幅频特性: (为非零常数)
在整个频率范围内为非零常数
相频特性: ( )
| 在整个频率范围内是过坐标原点的一条斜率为负的直线 | 3.信号的滤波: 通过系统后产生“预定”失真 改变一个信号所含频率分量大小 全部滤除某些频率分量 4.理想低通滤波器不存在理由: | |||
| 单位冲击响应信号是在时刻加入滤波器 的,而输出在时刻就有了,违反了因果律 | ||||
| 5.连续时间系统实现的准则 时 域 特 性 : (因果条件) 频 域 特 性 : 佩利-维纳准则(必要条件): | ||||
| 滤波器名称 | 理想频率响应 | 理想相幅特性 | 实际电路图 | 实际频率特性 |
| 低通滤波器 | ||||
| 高通滤波器 | ||||
| 带通滤波器 | ||||
| 备 注 | 低通滤波器的通频带(截至频率):的频频谱范围 | |||
| 抽样名称 | 信号抽样时频表示 | ||
| 冲激串抽样 | 时域: = | 时域抽样定理: 为了使抽样信号能恢复信号,必须满足来那两个条件: 1.是带限信号,带宽为(或) 2.抽样频率或者抽样间隔 | |
| 频域: | |||
| 脉冲串抽样 | 时域: | ||
| 频域: | |||
| 时域抽样定理 | 恢复:
| 恢复系统单位冲激响应: 系统条件 | |
| 频域抽样定理 | 频域: | ||
| 时域: | |||
一.离散傅里叶级数(DFT)
1.信号基本特征
信号
周 期 性:时有理数时具有周期性
基波频率:
| 基波周期: |
2.信号与之间的差别
| 不同,信号不同 | 频率相差,信号相同 | |
| 对于任何值,都是周期的 | 仅当时,才有周期性() | |
| 基波频率: | 基波信号 | |
| 基波周期: | 基波信号: | |
3.DFS系数与IDFS变换对
| 线 性 | 若,则 | ||
| 移 位 | 时间移位 | 若,则 | |
| 频域移位 | 若,则 | ||
| 周期卷积 | 时域移位 | 若,则 | |
| 频域移位 | 若,则 | ||
1. 离散时间傅里叶变换DTFT
非周期信号:
应用条件:
周期信号:
| 周 期 性 | 总是周期的,周期是。 | |
| 线 性 | 若, 则 | |
| 对 称 性 |
| |
| 移位 | 时 移 | 若 则 |
| 频 移 | 若 则 | |
| 差 分 求 和 | ||
| 时 间 尺 度 | 若 则
| |
| 频 域 微 分 | ||
| 帕塞瓦尔定理 | :能量谱密度 序列一个周期的能量: | |
| 卷 积 性 质 | 若 则 | |
| 备 注 | 连续信号 离散信号
| |
一.拉氏变换定义
1.不满足绝对可积信号为什么不能用傅氏变换
原因:信号衰减太慢或不衰减
| (为了克服这种困难,可以用一个收敛因子与相乘)。 | |
| 2.拉氏变换的导出
令 则:象函数: 原函数: | |
| 3.拉氏变换的收敛域 存在的条件: (充分条件) 信号特点 | 收敛域特点 |
| 有始有终,能量有限 | 坐标轴落于,全部平面都属于收敛区 |
| 幅度即不增长也不衰减而等于稳定值,或随时间成比例增长的信号 | 收敛坐标落于原点,平面右半平面属于收敛区 |
| 按指数规律增长的信号, | 只有当时才收敛,所以收敛坐标为 |
| 右边信号 | 收敛域在收敛轴以右的平面,即 |
| 左边信号 | 收敛域在收敛轴以左的平面,即 |
| 双边信号 | 收敛域为平面的带状区域,即 |
| 部分分式展开法 | |
| 留数法 | 1一阶级点的留数 2是阶极点 注意:留数法中的应是真分式,若不是应用长除法变成真分式后再用留数法。 |
1.拉氏变换的性质
连续拉普拉斯变换性质及其对偶关系
拉氏变换 :
| 傅氏反变换: | |||||||
| 连续拉普拉斯变换对 | 相对偶的连续拉普拉斯变换对 | ||||||
| 名称 | 连续时间函数 | 拉氏变换 | 备注 | 名称 | 连续时间函数 | 拉氏变换 | 备注 |
| 线 性 | |||||||
| 收敛域 | 收敛域为函数收敛域重叠部分 | ||||||
| 尺度比例变换 | |||||||
| 收敛域: | 收敛域: | ||||||
| 时 移 | 复 频 移 | ||||||
| 收敛域: | 收敛域: | 收敛域: | 收敛域: | ||||
| 时域微分性质 | s域微分性质 | ||||||
| 时域积分性质 | s域积分性质 | ||||||
| 其中 | |||||||
| 时域卷积性质 | s域卷积性质 | ||||||
| 初值定理 | 终值定理 | ||||||
| 备注序号 | 备注内容 |
| 1.既有时移又有尺度变换: 既有时移又有复频移: 2.证明: 令: 则: | |
| " 注意:时移特性只适于求的拉式变换 右边信号可写作,其中 | |
| 1. 2.证明: | |
| 证明:
注意: | |
| 1.注意1必须是真分式 ,如果不是要利用长除法变成真分式项,再利用初值定理。 2初值定理是在时刻的值。 2.证明: 在区间
令,则 | |
| 1.终值定理存在条件:的极点全部落在左半平面或在处只有一阶级点。 2.证明: 令 则 |
1.收敛条件: 则拉氏变换在区域上存在。
| 相同的双边拉式变换式,当取不同的收敛域时,其是各异的。 |
| 2.双边拉式变换的求法
对上进行双边拉氏变换
|
| 3.双边拉氏反变换 留数法 注意:应该是真分数 |
双边拉氏变换对与双边变换对的类比关系
| 双边拉氏变换对 | 双边Z变换对 | ||||
| 重要 | 连续时间函数 | 像函数和收敛域 | 离散时间序列 | 像函数和收敛域 | 重要 |
| √ | 1,整个s平面 | 1,整个平面 | √ | ||
| ,有限s平面 | , | ||||
| √ | , | , | √ | ||
| √ | , | , | √ | ||
| , | , | ||||
| , | , | ||||
| , | , | ||||
| √ | , | , | √ | ||
| √ | , | , | |||
| , | , | ||||
| , | , | ||||
| √ | , | √ | |||
| √ | , | √ | |||
| √ | , | ||||
| √ | , | ||||
| , | , | , | , | ||
| , | , | , | , | ||
1拉氏变换及求解微分方程的三步法:
1.对微分方程逐项取拉式变换,利用微分性质,待遇初始值。
2.对拉氏变换方程进行代数运算,求出相应的象函数
| 3.对响应的象函数进行拉氏反变换,得到全响应的是与表达式 | 2电路系统的分析 1.基尔霍夫定律:对任意节点,在任意时刻流入流出节点电流的代数和恒为零 2.电源 |
| 1 | 2.单边拉氏变换和傅氏变换的关系
时,傅氏变换不存在,和不能互换 时, 时,拉氏和傅氏变换均存在,但拉氏变换中有冲激函数和各阶导数项 在轴上有单值极点 为极点在左半平面的部分分式和 |
| 总结: 任何有傅氏函数变换的有始信号,必然存在拉氏变换 存在拉氏变换的任何有时信号,不一定有傅氏变换 | |
一.变换的定义
1.拉氏变换与傅氏变换的关系
| 2.变换与拉氏变换的关系 | ||||
| 3.平面与平面的映射关系 平面的原点,影射平面,即的点 不同取值的平面影射关系 平面 | 为常数: | |||
| 左半平面 | 虚轴 | 右半平面 | 从左向右移 | |
| 平面 | 为常数: | |||
| 单位圆内 | 单位圆上 | 单位圆外 | 半径扩大 |
平面,实轴平面,正实轴
影射不是单值的
其中
傅氏变换、拉氏变换和变换的关系
| 时域序列 | 变换收敛域 | |
| 不包括,但包括 | ||
| 包括,但包括 | ||
| 不包括和 | ||
围线积分与极点留数法
围线是在的收敛域内环绕平面原点逆时针旋转的一条封闭曲线
是一阶极点:
是阶极点:
| 时, |
当时,即时
= 令
| 于是 |
| 注意:1在处加入或除去零点,不会使幅度特性发生变化,而只影响相位变化。 2当点旋转到某极点附近时,如果矢量长度变短,则频率特性在该点处可能出现峰值。若极点 愈靠近单位圆,愈短,则频率特性在峰值附近愈尖锐,如果落在单位圆上,则频率特性的峰值趋近于无穷大 |
变换性质及其对偶关系
变换:
| 傅氏反变换: | |||||||
| 变换对 | 相对偶的变换对 | ||||||
| 名称 | 离散时间函数 | 变换 | 备注 | 名称 | 离散时间函数 | 变换 | 备注 |
| 线 性 | |||||||
| 收敛域 | 收敛域 | ||||||
| 尺度比例变换 | 域尺度变换 | ||||||
| 收敛域: | 收敛域: | ||||||
| 时 移 | 频 移 | ||||||
| 收敛域: | 收敛域: | 收敛域: | 收敛域: | ||||
| 时域微分性质 | 域微分性质 | ||||||
| 时域卷积性质 | 域卷积性质 | ||||||
| 初值定理 | 若是因果序列,则 | 终值定理 | 若是因果序列,且其变换除在处有一阶极点外其它极点都在单位圆以内,则 | ||||
| 备注序号 | 备注内容 | |
| 注意:只有变换有零、极点被抵消,收敛域一定扩大 | ||
| 单边时移:若 则
| ||
1.根据系统函数零、极点分布情况,可分析单位样值响应的变化规律
| 极点位置 | 的特点 |
| 单位圆上 | 等幅 |
| 时, | |
| 单位圆内 | 减幅 |
| 单位圆外 | 增幅 |
| 系统特征 | 的收敛域 |
| 因果的 | 收敛域位于最外面极点的外边 |
| 稳定的 | 收敛域一定包括单位圆 |
| 因果、稳定的 | 全部极点位于单位圆以内 |
按单位样值响应的时间特性分类
第八章.系统函数与状态变量分析
一.零极点和系统稳定性、因果性
1.、收敛域及系统特点
| 的特点 | 的特点 | |
| 极点 | 收敛域内无的任何极点 | 收敛域内无的任何极点 |
| 收敛域 | 收敛域是一些平行于虚轴的带状区域,该区域以极点为限 | 收敛域是在平面内以原点为中心的圆环,该圆环以极点为限 |
| 因果系统 | 的收敛域在平面内最右边极点的右半开平面 | 的收敛域在平面内的最外面极点的外边 |
| 稳定系统 | 的收敛域包含虚轴 | 的收敛域包含单位圆 |
| 因果稳定系统 | 的极点全部位于平面的左半面 | 的极点全部位于单位圆内 |
极点确定了的时域波形,对的幅度和相位也有影响
零点
| 只影响的幅度和相位,对的时域波形无影响 | |
| 2.系统稳定性定义: 若输入,,为有限常数;则输出,,为有限常数 一个线性时不变系统,若它的单位冲激响应是绝对可积的,则系统一定是稳定的。 | |
| 3.劳斯—霍尔维茨稳定性判据 系统特征方程为 | |
| 1当阵列的第一列的元素符号变化相同(同为正或同为负),则特征方程的全部根位于左半平面,系统稳定。 2当阵列的第一列元素出现零值 用一个无穷小量代替零 把特征方程中的换成 | |
Mason公式:
—称为流图的特征行列式
=1-(所有不同环路的增益之和)+(每两个互不接触环路增益乘积之和)-(每三个互不接触环路增益乘积之和)+
—表示有源点到阱点之间第条前向通路的标号
—表示有源点到阱点之间的第条前向通路的增益
| —它是除去与第条前向通路相连接的环路外,余下的特征行列式。 |
| 连接形式 | 系统函数 | 流图表达 |
| 直联形式 | ||
| 串联形式 | ||
| 并联形式 |
1脉冲响应不变法
:连续时间系统单位冲激响应
:离散时间系统的单位冲激响应
| 2向后差分近似法
|
系统中有几个记忆元件,就有几个的状态变量
状态方程
输出方程
1从电路系统求状态方程
选取的电容上电压和电感中电流为状态变量,有时也选取电容电荷与电感磁链
对包含有电感的回路列写回路电压方程,其中必然包含,对连接由电容的结点列写结点电流方程,其中必然包含,注意只能将此项放在方程左边
把方程中非状态变量用状态变量表示
| 把状态方程和输出方程用矩阵形式表示。状态变量的个数k等于系统的阶数 |
| 2从信号流图建立状态方程 方法:从最后一个结点开始依次向前取 |
| 连续时间系统 | 离散时间系统 | |
| 时域形式 | ||
| 变换域形式 | ||
| 备注 | 状态转移矩阵 的主要性质: 1 2 3 4 5 6 | |
| 连续时间系统 | 离散时间系统 | |
| 系统函数 | ||
| 稳定性 | 的根位于s平面的右半平面时稳定 | 的全部根位于Z平面的单位圆内时稳定 |
| 1.稳定性 | |
| 2.可控性 1.定义:能否找到任意初态转移到任意终态的控制量问题 2.可控性条件: 是满秩的,即的行列式为零 | 3.可测性 1定义:能否通过观测输入量来确定系统的初态问题 2.可测性条件: 是满秩的 |