Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Bài 12 - Trần Quang Việt

404001 - Tín hiu và hthng  
Lecture-12  
Phân tích tín hiꢀu liên tꢁc dùng biꢂn  
ñꢃi Laplace  
Bin ñꢃi Laplace và các tính cht  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Sơ ñꢈ khi và thc hin hthng  
ng dng trong hi tip và ñiu khin  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Ví d: xét hthng LTIC có phương trình:  
(D2 +5D + 6)y(t) = (D +1) f (t)  
1
y(0) = 2; y, (0) =1; f (t) = e4tu(t)  
F(s) =  
s + 4  
Ly bin ñꢅi Laplace hai v:  
2
s Y(s) sy(0 ) y (0 ) +5 sY(s) y(0 ) + 6Y(s) = sF(s) f (0 ) + F(s)  
,
(s2 +5s + 6)Y(s) 2s 11= (s +1)F(s)  
2s +11 (s +1)  
(s2 + 5s + 6) (s2 +5s +6)  
13  
3
3
2
2
=
F(s)  
s + 2 s +3 s + 4  
Y(s) =  
+
y(t) = 123 e2t 3e3t 23 e4t u(t)  
(
)
Zero-input  
Zero-state  
Bin ñꢅi Laplace cho phép xác ñꢆnh czero-input & zero-state  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
1
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Xét hthng LTIC có phương trình:  
Q(D)y(t) = P(D) f (t)  
Q(D) = Dn + an1Dn1 +...+ a1D + a0  
P(D) = bm Dm +bm1Dm1 +...+b D +b0  
1
y(0) = y'(0) = ... = y(n1) (0) = 0  
Ta cn tính ñáp ng zero-state, nên:  
Q(s)Y(s) = P(s)F(s)  
Ly bin ñꢅi Laplace 2 vta có:  
Y (s) = H (s)F (s)  
P(s) bmsm +bm1sm1 +...+b s +b0  
1
Hàm truyn  
ca hthng  
H(s) =  
=
Q(s)  
sn + an1sn1 +...+ a1s + a0  
F (s)  
H (s)  
Y (s)  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Xác ñꢆnh ñưꢊc hàm truyn H(s) ca hthng cho phép:  
Tính ñáp ng zero-state vi tín hiu vào bt kỳ  
Kho sát tính n ñꢆnh ca hthng  
Thc hin hthng  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
2
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Xác ñꢆnh hàm truyn ca hthng  
d1:  
x: chiu cao mt ñưꢐng, y: chiu cao xe  
d2 y(t)  
dt2  
dy(t)  
dx(t)  
m  
+ b  
+ ky(t) = b  
+ kx  
dt  
dt  
2
k
D + b D + k y(t) = mb D + m x(t)  
(
)
(
)
m
m
b
m s +  
k
m
X (s)  
Y(s)  
b
m s +  
k
m
H (s) =  
2
s + s +  
b
k
m
2
s + s +  
b
k
m
m
m
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
d2:  
1H  
y(t)  
(D2 + 4D +3)y(t) = Df (t)  
4  
1
3
+
-
s
f (t)  
F
H(s) =  
s2 + 4s + 3  
Vi hthng là mch ñin ta có thꢒ ñưa bin ñꢅi Laplace vào mch  
và gii mch trc tip như là mch thun trꢓ  
TrR: vR (t) = RiR (t) VR (s) = RIR (s)  
dvc (t)  
dt  
1
I (s) = CsV (s)  
i (t) = C  
VC (s) =  
IC (s)  
ðin dung C:  
ðin cm L:  
C
C
C
Cs  
diL (t)  
dt  
VL (s) = LsIL (s)  
vL (t) = L  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
3
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
n
n
i (t) = 0  
I (s) = 0  
KCL:  
KVL:  
j
j
j=1  
j=1  
n
n
v (t) = 0  
V (s) = 0  
j
j
j=1  
j=1  
d3:  
y(t)  
1H  
s
Y(s)  
4
4Ω  
1
+
f (t)  
F
-
F(s)  
3/ s  
3
s
s
H(s) =  
s2 + 4s + 3  
F(s)  
Y(s)  
s2 + 4s + 3  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
d4: Bkhuch ñꢑi  
R
+
F(s)  
Y(s)  
k
+
+
F(s)  
Y(s)  
H(s) = − R = k  
f
R
Ví d5: Btích phân  
1/Cs  
R
k
s
F(s)  
Y(s)  
+
+
+
F(s)  
Y(s)  
1/ RC  
s
k
s
1
H(s) = − RCs  
=
=
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
4
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Ví d6: Hthng bc 1  
Rf  
ka  
s + a  
R
1/Cs  
F(s)  
Y(s)  
+
+
+
F(s)  
Y(s)  
R f  
k = − ; a =  
1
R f C  
R
Rf  
1/Cs  
k ( s+a )  
( s+b)  
F(s)  
Y(s)  
1/Cf s  
+
R
+
+
F(s)  
C
1
C
1
Y(s)  
k = − ; a =  
;b =  
RC  
C
R f  
f
f
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Xác ñꢆnh ñáp ng zero-state ca hthng  
Ví d: Xét hthng cơ hc sau  
b
m s +  
k
m
X (s)  
Y(s)  
2
s + s +  
b
m
k
m
3s + 2  
s 2 + 3s + 2  
Gischo m=1, k=2, b=3 ꢃ  
Gisx(t)=u(t) X ( s ) =  
H (s ) =  
1
s
3 s + 2  
s s 2 + 3 s + 2  
Y ( s ) = H ( s ) X ( s ) =  
(
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
)
5
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
1
1
2
Y ( s ) =  
+
s + 1 s + 2  
s
y (t ) = 1 e t 2 e 2 t u (t )  
(
)
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
2 s + 5  
H ( s ) =  
Nu chn m=1, k=5, b=2 ꢃ  
s 2 + 2 s + 5  
1
2 s + 5  
s 2 + 2 s + 5  
    
Y ( s ) = X ( s ) H (s ) =  
    
s
    
t t  
y (t ) = 1 e co s(2t ) + e s in 2t u (t )  
1
2
( )  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
6
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Giá trbt ñꢈu và kt thúc ca ñáp ng  
y (0 + ) = lim sY ( s )  
s → ∞  
lim y (t ) = lim sY ( s )  
t → ∞  
s 0  
3 s + 2  
s s 2 + 3s + 2  
E x : Y ( s ) =  
(
)
3s + 2  
s s 2 + 3 s + 2  
y (0 + ) = lim s  
= 0  
s → ∞  
(
)
3s + 2  
s s 2 + 3 s + 2  
lim y (t ) = lim s  
= 1  
t → ∞  
s 0  
(
)
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Hàm truyn và ñáp ng ca hthng LTIC  
Kho sát tính n ñꢆnh ca hthng  
Các poles ca hàm truyn H(s) chính là các modes ñꢏc trưng (xem  
li chương 2) nên tính n ñꢆnh ca hthng tùy thuc vào vtrí ca  
các poles trong mt phng phc  
Hthng n ñꢆnh tim cn nu: các poles nm LHP  
Hthng n ñꢆnh biên nu: không có pole nào RHP và có poles  
ñơn trên trc o  
Hthng không n ñꢆnh nu có  
mt trong 2 ðK: có pole RHP hoc  
có pole lp trên trc o.  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
7
Sơ ñꢈ khi và thc hin hthng  
Sơ ñꢛ khi hthng  
Thc hin hthng  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Sơ ñꢈ khi hthng  
Ghép Cascade:  
F(s)  
W (s)  
Y(s)  
F(s)  
Y(s)  
H1(s)  
H2 (s)  
H1(s)H2 (s)  
=
=
Ghép Parallel:  
H1(s)  
F(s)  
Y(s)  
F(s)  
Y(s)  
H1(s) + H2 (s)  
H2 (s)  
Ghép Feedback:  
E(s)  
F(s)  
Y(s)  
G(s)  
F(s)  
Y(s)  
G(s)  
=
1+G(s)H (s)  
H(s)  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
8
Thc hin hthng  
Xét hthng vi:  
bmsm +bm1sm1 +...+b s +b0  
sn + an1sn1 +...+ a1s + a0  
1
H(s) =  
Ta có ththc hin hthng theo 3 cách khác nhau:  
Dng trc tip  
Dng ni tip  
Dng song song  
Da trên cơ sbtích phân hoc vi phân + khuch ñꢑi & bcng  
Thc tkhông dùng bvi phân không n ñꢆnh!!!  
Nu m>n H(s) là bvi phân bc m-n không xét trên thc t!!!  
Bài toán tng quát trên thc tmn – tng quát m=n:  
bnsn +bn1sn1 +...+b s +b0  
sn + an1sn1 +...+ a1s + a0  
1
H(s) =  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Dng trc tip  
b3s3 +b2s2 +b s +b0  
s3 + a2s2 + a1s + a0  
1
Xét trưꢐng hp ñơn gin:  
H(s) =  
F(s)  
b3s3 +b2s2 +b s+b0  
Y(s)  
1
s3+a2s2 +a1s+a0  
F(s)  
X (s)  
Y(s)  
1
3
b s +b s +bs +b  
2
s3+a2s2 +a1s+a0  
3
2
1
0
H1(s)  
H2 (s)  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
9
Dng trc tip  
H1(s) =  
1
H2 (s) = b3s3 + b2s2 +b s +b0  
s3 + a2s2 + a1s + a0  
1
s3X (s)  
F(s)  
b3  
Y(s)  
-
-
-
1
s
a2  
b2  
s2 X (s)  
1
s
a1  
b1  
sX(s)  
1
s
X(s)  
a0  
b0  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Dng trc tip  
bnsn +bn1sn1 +...+b s +b0  
sn + an1sn1 +...+ a1s + a0  
1
Tng quát cho H(s) bc n:  
H(s) =  
sn X(s)  
F(s)  
bn  
Y(s)  
- -  
-
-
1
s
bn 1  
an 1  
s
n1X(s)  
1
s
an k  
bn k  
snk X(s)  
1
s
sX(s)  
X(s)  
a1  
b1  
b0  
1
s
a0  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
10  
Dng trc tip  
d: Vsơ ñꢛ thc hin hthng sau  
5
s + 5  
s + 7  
a)  
c)  
b)  
s + 2  
4s + 28  
s2 + 6s + 5  
s
d )  
s + 7  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Thc hin theo dng ni tip và song song  
Thc hin H(s) có các poles thc ñơn:  
4s + 28  
Ví d: xét hthng sau:  
H (s) =  
s2 + 6s + 5  
4s + 28  
1
   
   
H (s) =  
s + 1  
s + 5  
   
F(s)  
Y(s)  
1
s + 5  
4 s + 28  
s+1  
Dng ni tip:  
6
2
H (s) =  
s + 1 s + 5  
6
s + 1  
+
F(s)  
Y(s)  
Dng song song:  
2
s + 5  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
11  
Thc hin theo dng ni tip và song song  
Thc hin H(s) có nghim lp li:  
7s2 + 37s + 51  
(s + 2)(s + 3)2  
Ví d: xét hthng sau:  
H (s) =  
5
2
3
H (s) =  
+
s + 2 s + 3 (s + 3)2  
5
+
s + 2  
F(s)  
+
Y(s)  
2
1
1
3
s + 3  
s + 3  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
Thc hin theo dng ni tip và song song  
Thc hin H(s) có các cc liên hip phc:  
10s + 50  
Ví d: xét hthng sau:  
H (s) =  
(s + 3)(s2 + 4s + 13)  
2
1 + j2  
1 j2  
Không  
thc  
hin  
H (s) =  
H (s) =  
s + 3 s + 2 j3 s + 2 + j3  
2
2s 8  
ñưꢊc  
s + 3 s2 + 4s + 13  
2
s + 3  
+
F(s)  
Y(s)  
Thc hin theo dng trc tip  
Thc hin nhhthng bc 2  
2 s8  
s2 +4s+13  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
12  
Thc hin hthng dùng Op-amp  
2s +5  
s2 + 4s +10  
Ex : H(s) =  
Signal & Systems - Tran Quang Viet – FEEE, HCMUT – Semester: 02/09-10  
13  
pdf 13 trang Thùy Anh 29/04/2022 6660
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Bài 12 - Trần Quang Việt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_tin_hieu_va_he_thong_bai_12_tran_quang_viet.pdf