三大变换与自控(七)拉普拉斯变换

傅里叶变换、离散余弦变换、拉普拉斯变换、Z变换 图像的变换 正弦波的振幅 A 、 频率和相位 φ 拉普拉斯变换是工程数学中常用的一种积分变换,又名拉氏变换。 [1] 拉氏变换是一个线性变换,可将一个有参数实数t(t≥ 0)的函数转换为一个参数为复数... 阅读详情
AI摘要

本文探讨了拉普拉斯变换在电路设计中的关键应用,它不仅用于信号分解,揭示频率与振幅变化,还帮助推导电路的传递函数,揭示系统特性。通过实例演示和理论推导,展示了拉氏变换如何超越傅里叶变换,提供更全面的信号描述。

拉普拉斯变换是我们设计电路的重要数学工具,应用性非常强。前面的文章中我们介绍了傅里叶变换,现在我们来看看拉式变换的应用。

按照惯例,先从拉式变换的实际应用入手,最后再来推导它本身。这样对于一些急于应付考试的同学也很有帮助。

在这里插入图片描述
这就是拉式变换的数学表达式,可以看到和傅里叶变换是非常相似的,唯一的区别就是把jw换成了s,而s=jw+σ。

这是什么意思呢?

实际上,我们在对一个信号进行分解时,我们可以得到这个信号所蕴含的频率,以及这个频率对应的振幅。

但是!

在现实生活中,信号的振幅是持续不变的吗?在传递过程中,如果信号发生了衰减或者放大,只使用傅里叶变换是不是描述的就不够清晰了?

比如这个信号:在这里插入图片描述
它本身的频率没有改变,但是振幅却在缩小,如果我们对它进行ft,那分解出来的只会是一堆振幅频率各异的信号,但实际上这个信号只有一个频率,只是振幅在衰减罢了。

因此,在傅里叶变换的基础之上,我们有了拉氏变换。

拉氏变换其实很好理解,在分解信号时,除了它蕴含的频率之外,还引入了一个额外的量,就是这个信号的振幅的变化趋势,也就是为什么相比傅里叶变换,拉式变换的式子里多了个σ。

在这里插入图片描述
再看这张图,相比ft,拉式变换得到的是一个三维坐标图,坐标轴分别是jw,σ,以及F(s),其中,如果σ=0,那么式子就变成了傅里叶变换,也就是说这个三维坐标图忽略掉σ轴,得到的就是信号的频域!

这

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