MATLAB之拉氏变换

MATLAB之拉氏变换一 复数和复变函数 1 复数的三种表现形式 坐标形式 三角形式 指数形式 2 复变函数 复数集 E 内的每一个复数 z a b i 都有 唯一确定的 无穷多个 有限个 复数与之对应 可以确定 单值 多值 复变函数 3 零点和极点零点

一、复数和复变函数

1、复数的三种表现形式:

坐标形式:s=a +b*i     三角形式:z=r*[cos(\theta )+i*sin(\theta )]    指数形式:z=r*e^(i\theta)

2、复变函数:

复数集E内的每一个复数z=a+b*i,都有(唯一确定的/无穷多个/有限个)复数w=u+i*v与之对应,可以确定(单值/多值)复变函数。

w=f(z)=u(a,b)+i*v(a,b),z\epsilon E

3、零点和极点 

G(s)=[k*(s-z1)*(s-z2)]/[s*(s-p1)*(s-p2)]

零点:分子为零的点,即G(s)=0时,s=z1,z2叫做G(s)的零点;

极点:分母为零的点,即G(s)=∞时,s=p1,p2叫做G(s)的极点;

二、拉氏变换

1、拉氏变换

拉氏变换是将时间函数f(t)变换为复变函数F(s)的函数。拉氏变换建立了时域与复频域(s域)之间的联系。

F(s)=L[f(t)]=\int_{0}^{+oo}f(t)*e\wedge (-st)*dt

式中,s=a+b*i为复变数,f(t)又称为原函数,F(s)又称为象函数。

2、拉式逆变换

拉氏变换是将时间函数F(s)变换为复变函数f(t)的函数。

f(t)=L\wedge (-1)[F(s)]=\int_{a-b*i}^{a+b*i}F(s)*e\wedge (st)*ds

式中,s=a+b*i为复变数,f(t)又称为原函数,F(s)又称为象函数。

3、典型时间函数的拉氏变换

欧拉公式:e^iθ=cosθ+isinθ,

推倒可得:(正余弦函数拉氏变换推导使用)

sinθ=(e^iθ-e^-iθ)/2i

cosθ=(e^iθ+e^-iθ)/2i    

单位阶跃函数:

MATLAB之拉氏变换          ,     MATLAB之拉氏变换

单位脉冲函数:

MATLAB之拉氏变换              MATLAB之拉氏变换

单位斜坡函数:

MATLAB之拉氏变换                MATLAB之拉氏变换

指数函数:

MATLAB之拉氏变换                      MATLAB之拉氏变换

正弦函数:

MATLAB之拉氏变换MATLAB之拉氏变换

余弦函数:

MATLAB之拉氏变换

MATLAB之拉氏变换

幂函数:

MATLAB之拉氏变换                MATLAB之拉氏变换

4、拉氏变换的性质

叠加定理    

齐次性:L[a*f(t)]=a*F(s)、叠加性:L[f1(t)+f2(t)]=F1(s)+F2(s),齐次性和叠加性的组合起来就是拉氏变换的线形性质

线性性质:L[k1*f1(t)+k2*f2(t)]=k1*F1(s)+k2*F2(s)

微分定理

L[df(t)/dt]=s*F(s)-f(0)  同理可得f(t)的各阶导数的拉氏变换时:

L[d^2f(t)/dt]=s^2*F(s)-s*f(0)-f'(0)

L[d^3f(t)/dt]=s^3*F(s)-s^2*f(0)-s*f'(0)-s”(0)…….

复微分定理

L[t*f(t)]=-dF(s)/d(s)、

L[t^2*f(t)]=-d^2F(s)/d(s^2)、

……、

L[t^n*f(t)]=-d^nF(s)/d(s^n)

积分定理

L[\int f(t)dt]=F(s)/s+f^\wedge (-1)(0)/s

多重积分:

L[\int...\int f(t)dt]=F(s)/s^n+f^\wedge (-1)(0)/s^n+...+f^\wedge (-1)(0)/s

位移定理

L[e^(-at)*f(t)]=F(s+a)

延迟定理

L[f(t-a)]=e^(-a)*F(s),函数f(t-a)为函数f(t)延时间轴延迟了a。

初值定理和终值定理

原函数在t=0处的初值,等于s*【F(s)的终值】

\lim_{x\rightarrow0}f(t)=\lim_{s\rightarrow oo}s*F(s)

原函数在t=+∞处的终值,等于s*【F(s)的初值】

\lim_{x\rightarrow oo}f(t)=\lim_{s\rightarrow 0}s*F(s)

卷积定理

两个原函数卷积的拉氏变换=它们象函数的乘积

L[f(t)*g(t)]=F(s)*G(s)

三、拉氏逆变换

拉氏逆变换有三种方法:查表法、留数定理法、部分分式法。

1、查表法:由拉氏变换表直接查出与像函数F(s)对应的原函数f(t)。

2、留数定理法:利用留数定理计算像函数的原函数。

3、部分分式法:先把像函数分解为部分分式,再对各个分式进行逆变换。

这里给出了拉氏逆变换例题的网址,读者可以自行练习。

https://wenku.baidu.com/view/d6335d6f3968011ca300915a.html

四、matlab代码

%拉式变换 clc clear syms s t y=exp(-t)*cos(t); %原函数 LY=laplace(y) %拉氏变换 L_1=ilaplace(LY) %拉氏逆变换 e=L_1-y %做差检查结果是否正确 %原函数与象函数图像绘制 subplot(1,2,1) fplot(y);%原函数图像 title("原函数图像") legend("原函数") subplot(1,2,2) fplot(LY)%象函数图像 title("象函数图像") legend("象函数")

 

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