【信号与系统】拉普拉斯变换与z变换的收敛域理解

一.收敛域的套路

一直以来我做题的时候,碰到收敛域与系统稳定性的题都是直接利用两个套路,如下图所示分别是拉普拉斯和z变换的套路


《信号与系统》陈后金
《信号与系统》陈后金

简单点来说,我们一直被教育,碰到拉普拉斯变换,假如这是个因果的系统(出题一般也都是出因果的系统),那么极点在s平面的左半平面,它就稳定。碰到z变换,它是因果的系统,极点在单位圆内,它就稳定。

我用这个套路解题一直到下面这个题时,我突然有了一些对于这个知识点深入一些的理解,它居然没有问你假如这个系统是稳定的,那么就要怎样怎样,它问你收敛域怎样,这个序列才是因果的。一场反套路大戏即将上演òᆺó

图片发自简书App

二.反套路

1. 为什么要进行拉普拉斯变换与z变换

我们进行拉普拉斯变换和z变换是因为,一旦一个连续系统不绝对可积,离散系统不绝对可和,那么傅里叶变换就没有办法再将信号从时域转化到频域来进行分析,但是人类的智慧是无穷的(.öˬö.),你不收敛,好,对于连续的系统我乘一个单边指数衰减函数,对于离散的系统乘一个单边指数衰减序列,主动的让你收敛(๑•̀ㅁ•́ฅ),分别如下图所示

拉普拉斯变换

z变换

2.因果与非因果

虽说,我可以让一个信号去衰减,但是事情远没有那么简单,请看下图。

图片发自简书App

可别忘了,我乘这两个东西,可是单边衰减的,也就是说对于因果的系统(输出不超前与输入,我的理解就是t或k小于零的那部分没什么值嘛,不过这一点有待商榷,望大神指出)它没有问题,因为t或k大于0的那部分乘上去确实是衰减的,起到了让信号收敛的作用。

可是碰到非因果的系统这就不行了啊,负半轴那边越来越大了

(╯‵□′)╯︵┴─┴

看来事情远没有那么简单,还让我慢慢道来。

3.收敛域

终于到咱们的主角出场了,收敛域。

为什么要引入收敛域这个概念呢,其实很简单,请看下图

图片发自简书App


同样是乘以一个e的负4次方t,对于上面两个函数的最终效果是完全不同的,e的—4t可以让e的3t收敛,却不能让e的5t收敛。

怎么办・_・?规定一个范围呗!规定乘上的这个因子e的—st这个s必须大于5就都收敛了嘛,至于s取多少具体看函数的情况而定。这就是我们要引入收敛域的原因。

至于在离散系统那一边,同理的嘛,只不过z是个复数,我们就描述一下它的模值就好,以下是我的一个手稿,很乱o(´^`)o,不过关于离散信号为什么是与圆相关的已经写清楚了

手稿

4.解决非因果的问题

好,非因果的系统是挺讨厌的,但是我们还是要想想办法,我们手里拥有的武器就是收敛域。以连续系统为例,如果信号在负半轴有值,那么我就不能任意的让s大下去,因为这样会导致信号在0之前的那部分不收敛,所以我要找到一个微妙的平衡,让0之前和之后的值都收敛,如下图所示

手稿

这也就是,为什么一个系统只有是因果的情况下才能用极点来判断的原因(在套路中描述过极点解题套路)


至于在离散的那一边,道理是一样的,只不过换成了单位圆。

5.解题

图片发自简书App

我把这个题再搬出来,这个题问收敛域怎样的时候,它是因果的。先回忆回忆,z是什么

图片发自简书App

也就是说z越大,它就越能够让信号大于0的那部分收敛,而让小于0的那部分发散,既然本题是因果的,那么z就可以放肆地大下去,但是也有一个限制条件,这个题里具体就是1/2和2,那么它是大于1/2还是2呢,其实很简单,他要是只大于1/2不大于2的时候,怎么让2反变换出来的那部分收敛嘛!所以这个题选C

三.总结

试题纵有很多,我没有能力覆盖到所有的试题,我想传达的就是一个概念,一种我个人的理解,纵然套路可以让你获取高分,但是道理和观念才是无坚不摧的地方^0^~

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 205,033评论 6 478
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 87,725评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 151,473评论 0 338
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,846评论 1 277
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,848评论 5 368
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,691评论 1 282
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,053评论 3 399
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,700评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 42,856评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,676评论 2 323
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,787评论 1 333
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,430评论 4 321
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,034评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,990评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,218评论 1 260
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,174评论 2 352
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,526评论 2 343

推荐阅读更多精彩内容