传递函数是线性时不变 (LTI) 系统分析和设计中的一个基本概念。它提供了一种简洁的方式来理解系统如何响应频域中的不同输入。它是描述系统动力学的时域微分方程与便于操作和分析的频域表示之间的桥梁。
要推导传递函数,请考虑以下形式的一般 n 阶线性时不变微分方程:
这里,C(t) 是输出,r(t) 是输入,a_i 和 b_i 是常数系数。对两边应用拉普拉斯变换,假设所有初始条件均为零,微分方程可以转换为以复频率变量 s 为单位的代数方程。重新排列项,我们得到:
传递函数 H(s) 定义为输出 C(s) 与输入 R(s) 的比率:
此表达式表明传递函数是 s 的有理函数。分子是输入系数形成的多项式,分母是微分方程的特征多项式。
此传递函数表示系统的输出 C(t) 在频域中如何响应输入 r(t)。传递函数可以在框图中表示,其中左侧为输入 R(s),右侧为输出 C(s),块内为传递函数 H(s)。这种可视化简化了对系统行为的理解和分析,尤其是在处理更复杂的系统时。
来自章节 21:
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