Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Chương 6: Phân tích hệ thống liên tục dùng biến đổi Laplace - Bài 11 - Trần Quang Việt

Ch-6: Phân tích hthng liên tc dùng bin ñꢃi Laplace  
Lecture-11  
6.2. Phân tích hthng LTI dùng bin ñꢃi Laplace  
6.3. Sơ ñꢄ khi và thc hin hthng  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2. Phân tích hthng LTI dùng bin ñꢃi Laplace  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
6.2.2. Xác ñꢄnh ñáp ng ca hthng LTI  
6.2.3. Tính n ñꢄnh ca hthng LTI mô tbi PTVP  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
1
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Hàm truyn ca hthng LTI: xét HT LTI có ñáp ng xung h(t):  
Ta có: y(t)=f(t)h(t)  
Y(s)=F(s)H(s)  
H(s)=Y(s)/F(s)  
Vi H(s) là bin ñꢆi Laplace ca h(t) còn ñưꢋc gi là “hàm truyn”  
ca hthng  
Biu din hthng LTI bng hàm truyn  
Hàm truyn ca hthng LTI ghép liên tng:  
H(s)=H1(s)H2 (s)  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Hàm truyn ca hthng LTI ghép song song:  
H(s)=H1(s)+H2 (s)  
Hàm truyn ca hthng LTI ghép hi tip:  
H1(s)  
H(s)=  
1+H1(s)H2 (s)  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
2
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Hàm truyn ca HT LTI nhân qumô tbi phương trình vi phân  
Q(D)y(t)=P(D)f(t)  
Dk y(t) skY(s)  
Q(s)Y(s)=P(s)F(s)  
Dkf(t) skF(s)  
Y(s) P(s)  
=
F(s) Q(s)  
H(s)=  
Ví d: xác ñꢄnh hàm truyn ca HT LTI mô tbi PTVP  
(D2 +2D+3)y(t)=Df(t)  
P(s)  
s
H(s)=  
=
Q(s) s2 + 2s + 3  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Xác ñꢄnh hàm truyn ca hthng mô tbi sơ ñꢑ khi  
1/s  
1
s+1  
Y(s)  
F(s)  
2
2
Y(s)  
F(s) s2 + 5s + 2  
2s+1  
H(s)=  
=
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
3
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Xác ñꢄnh hàm truyn ca hthng mô tbi sơ ñꢑ khi  
4
Y(s)  
1
s+1  
F(s)  
1/s  
2
2
Y(s)  
F(s) s2 + 3s + 2  
4s+1  
H(s)=  
=
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Xác ñꢄnh hàm truyn ca HT mô tbi mô hình vt lý  
x: chiu cao mt ñưꢕng, y: chiu cao xe  
d2y(t) dy(t)  
+b  
dx(t)  
dt  
m  
+ky(t)=b  
+kx(t)  
dt2  
dt  
D2 + b D+ k y(t)= mb D+ mk x(t)  
(
)
(
)
m
m
(b/m)s+(k/m)  
s2 +(b/m)s+(k/m)  
(b/m)s+(k/m)  
s2 +(b/m)s+(k/m)  
H(s) =  
X(s)  
Y(s)  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
4
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Xác ñꢄnh hàm truyn ca HT mô tbi mô hình mch:  
1H  
y(t)  
4  
1
3
+
-
H(s)=?  
f (t)  
F
Cách 1: Tìm phương trình vi phân H(s)  
s
s2 +4s+3  
(D2 +4D+3)y(t)=Df(t)  
H(s)=  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Cách 2: Toán thóa sơ ñꢑ mch, gii mch H(s) (Nhân qu)  
vR (t)=RiR (t)  
VR (s)=RIR (s)  
dvc (t)  
1
VC (s)= IC (s)  
Cs  
iC (t)=C  
dt  
diL (t)  
vL (t)=L  
VL (s)=LsIL (s)  
dt  
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  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
5
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Cách 2: Toán thóa sơ ñꢑ mch, gii mch H(s) (Nhân qu)  
1H  
s
y(t)  
Y(s)  
4
4Ω  
1
3
+
-
f (t)  
F(s)  
F
3/ s  
F(s)  
4+s+3/s  
Y(s)  
F(s) s2 +4s+3  
s
Y(s)=  
H(s)=  
=
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Hàm truyn ca mt smch ñin Op-amp  
Bkhuch ñꢖi:  
R 2  
R 1  
H(s) = −  
R 2  
R 1  
H(s) = 1 +  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Hthng bc 1:  
1/R C  
s
H(s) = −  
(Btích phân)  
1
R 1C  
H(s) = −  
1
2C  
s +  
R
1
R 1C1  
s+  
C1  
H(s) = −  
C 2  
1
R 2C 2  
s+  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Hthng bc 2:  
1
R 2C1C 2  
H(s) =  
s2 +  
s+  
2
R C1  
1
R 2C1C 2  
s2  
H(s) =  
s2 + R C s+  
2
1
R 1R 2 C 2  
2
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
7
6.2.1. Hàm truyn ca hthng LTI  
Mch cng, tr:  
R
Vout (s) = 2 [V2 (s) V1 (s)]  
R 1  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Qui trình tìm ñáp ng ca hthng:  
f(t)  
y(t)  
L1[Y(s)]  
LTI  
mô hình  
L[f(t)]  
Y(s)=F(s)H(s)  
F(s)  
H(s)  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
8
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Ví dvxác ñꢄnh ñáp ng ca hthng:  
x(t)=u(t)  
y(t)  
L1[Y(s)]  
L[u(t)]  
1
1 (b/m)s+(k/m)  
s s2 +(b/m)s+(k/m)  
(b/m)s+(k/m)  
s2 +(b/m)s+(k/m)  
X(s)=  
Y(s)=  
s
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Ví dvxác ñꢄnh ñáp ng ca hthng:  
y(t)= 1+et 2e2t u(t)  
x(t)=u(t)  
(
)
m=1, k=2, b=3  
1
1
2
L1[ +  
s s+1 s+2  
]
L[u(t)]  
1
s
3s+2  
s2 +3s+2  
1 3s+2  
s s2 +3s+2  
X(s)=  
Y(s)=  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
9
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Ví dvxác ñꢄnh ñáp ng ca hthng:  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Ví dvxác ñꢄnh ñáp ng ca hthng:  
y(t)=1et (cos2t12 sin2t)u(t)  
x(t)=u(t)  
m=1, k=5, b=2  
1 1  
L [ −  
s+1  
2
L[u(t)]  
1
2
+
]
s (s+1)2 +22 (s+1)2 +22  
2s+5  
s2 +2s+5  
1
s
1 2s+5  
s s2 +2s+5  
X(s)=  
Y(s)=  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
10  
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Ví dvxác ñꢄnh ñáp ng ca hthng:  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.2.2. Xác ñꢉnh ñáp ng ca hthng LTI  
Xác ñꢄnh giá bt ñꢍu và giá trxác lp ca ñáp ng:  
y (0 + ) = lim [sY (s)]  
s→ ∞  
lim y(t) = lim [sY (s)]  
t→ ∞  
s 0  
3 s+ 2  
s s 2 + 3 s+ 2  
Y (s)=  
Ví d:  
(
)
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  
(
)
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
11  
6.2.3. Tính n ñꢉnh ca hthng LTI mô tbi PTVP  
Các poles ca hàm truyn H(s) chính là nghim ca PTðT (xem  
li chương 2) nên tính n ñꢄnh ca hthng tùy thuc vào vtrí ca  
các poles trong mt phng phc  
Hthng n ñꢄnh tim cn nu: tt ccác poles nm LHP  
Hthng n ñꢄnh biên nu: không có pole nào RHP và có poles  
ñơn trên trc o  
Hthng không n ñꢄnh nu có  
mt trong 2 ðK: có pole RHP hoc  
có pole lp trên trc o.  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.3. Sơ ñꢄ khi và thc hin hthng  
6.3.1. Thc hin hthng mc sơ ñꢑ khi  
6.3.2. Thc hin hthng bng mch ñin Op-amp  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
12  
6.3.1. Thc hin hthng mc sơ ñꢄ khi  
bmsm +bm-1sm-1+...+b1s+b0  
sn +an-1sn-1+...+a1s+a0  
H(s)=  
Xét hthng vi hàm truyn:  
Ta có ththc hin hthng theo 3 cách khác nhau:  
a) Dng trc tip  
b) Dng ghép liên tng  
c) Dng ghép song song  
Da trên cơ sbtích phân hoc vi phân + khuch ñꢖi & bcng  
Thc tkhông dùng bvi phân không n ñꢄnh!!!  
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 +bn-1sn-1+...+b1s+b0  
H(s)=  
sn +an-1sn-1+...+a1s+a0  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
a) Dng trc tip (dng chính tc)  
b3s3 +b2s2 +b1s+b0  
s3 +a2s2 +a1s+a0  
H(s)=  
Xét hàm truyn bc 3:  
b3s3 +b2s2 +b1s+b0  
s3 +a2s2 +a1s+a0  
F(s)  
F(s)  
Y(s)  
1
X(s)  
b3s3 +b2s2 +b1s+b0  
Y(s)  
s3 +a2s2 +a1s+a0  
H1(s)=X(s)/F(s)  
H2 (s)=Y(s)/X(s)  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
13  
a) Dng trc tip (dng chính tc)  
1
X(s)  
Y(s)  
X(s)  
H2 (s)=b3s3 +b2s2 +b1s+b0 =  
H1(s)=  
=
s3 +a2s2 +a1s+a0 F(s)  
s3X (s)  
F(s)  
b3  
Y(s)  
+
+
-
-
-
1
s
a2  
b2  
s2 X (s)  
1
s
a1  
b1  
sX(s)  
X(s)  
1
s
a0  
b0  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
a) Dng trc tip (dng chính tc)  
bnsn +bn-1sn-1+...+b1s+b0  
sn +an-1sn-1+...+a1s+a0  
Tng quát cho hàm truyn 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  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
14  
a) Dng trc tip (dng chính tc)  
d: Vsơ ñꢑ khi thc hin hthng sau  
5
s
s+5  
s+7  
4s+28  
s2 +6s+5  
a)  
; c)  
; b)  
; d)  
s+2  
s+7  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
b) Dng ghép liên tng  
4s+28  
s2 +6s+5  
d1: xét hthng sau:  
H(s)=  
4s+28  
1
   
   
   
H(s)=  
F(s)  
s+1  
s+5  
4s+28  
s+1  
1
Y(s)  
s+5  
7s2 +37s+51  
(s+2)(s+3)2  
H(s)=  
d2: xét hthng sau:  
Thc hin như thnào?  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
15  
c) Dng ghép song song  
4s+28  
s2 +6s+5  
d1: xét hthng sau:  
H(s)=  
6
2
H(s)=  
F(s)  
s+1 s+5  
6/(s+1)  
+
Y(s)  
-
2/(s+5)  
7s2 +37s+51  
(s+2)(s+3)2  
H(s)=  
d2: xét hthng sau:  
Thc hin như thnào?  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
d) Kt hp liên tng và song song  
Thc hin H(s) có nghim lp li:  
7s2 +37s+51  
(s+2)(s+3)2  
H(s)=  
Ví d: xét hthng sau:  
5
2
3
H(s)=  
+
s+2 s+3 (s+3)2  
5/(s+2)  
F(s)  
2
+
Y(s)  
-
1/(s+3)  
1/(s+3)  
3
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
16  
d) Kt hp liên tng và song song  
Thc hin H(s) có các cc liên hip phc:  
10s+50  
(s+3)(s2 +4s+13)  
Ví d: xét hthng sau:  
H(s)=  
2
1+j2  
1-j2  
Không  
thc  
hin  
H(s)=  
H(s)=  
-
-
s+3 s+2-j3 s+2+j3  
2
2s-8  
ñưꢋc  
-
s+3 s2 +4s+13  
2/(s+3)  
F(s)  
+
Y(s)  
2s-8  
s2 +4s+13  
Thc hin theo dng trc tip  
Thc hin nhhthng bc 2  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.3.2. Thc hin hthng bng mch ñin Op-amp  
2s+5  
s2 +4s+10  
Ví d: thc hin hthng có hàm truyn  
mch ñin Op-amp  
bng  
H(s)=  
Bưꢉc 1: Vsơ ñꢑ khi dng trc tip (chính tc)  
Lưu ý: mch cng dùng Op-amp thc hin như sau:  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
17  
6.3.2. Thc hin hthng bng mch ñin Op-amp  
Bưꢉc 2: Thay ñꢆi sơ ñꢑ khi ñꢎ có thdùng mch Op-amp  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
6.3.2. Thc hin hthng bng mch ñin Op-amp  
Bưꢉc 3: Vmch thc hin  
Signals & Systems – FEEE, HCMUT  
18  
pdf 18 trang Thùy Anh 29/04/2022 4200
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Tín hiệu và hệ thống - Chương 6: Phân tích hệ thống liên tục dùng biến đổi Laplace - Bài 11 - 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_chuong_6_phan_tich_he_thong_l.pdf