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拉普拉斯變換有什麼實際的物理意義?

作者:由 Sociopath 發表于 農業時間:2021-12-23

拉普拉斯變換最常見的應用就是

電路分析

我們來看一個簡單的通入直流電源的LR電路

拉普拉斯變換有什麼實際的物理意義?

第一步,根據基爾霍夫定律,得

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第二步,拉普拉斯變換(具體方法參照上一篇文章的內容)(紅色方框內打錯了,應為加號)

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第三步,用矩陣來表示

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第四步,克萊姆法則(其實不用也可以)

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第五步,拉普拉斯逆變換,得

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因為線性電路使用的電路元件有限,所以電路圖也可以全部換成與

s

相關的電路圖

直流電源

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交流電源

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電阻(R)

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線圈(L)

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電容器(C)(注意變換後的電壓正負極方向)

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然後,我們再來看一個通入直流電源的RC電路

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第一步,根據開關閉合和開啟的時間不同,電源電壓可以用

階躍函式

來表示

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第二步,我們可以根據拉普拉斯變換,轉換一下電路圖

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第三步,寫出電路方程

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根據初期條件

q(0)=0

,上面的等式可以改寫為,

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最後一步,逆變換得

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影象為

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最後,我們來討論一下電源電壓為一般的週期函式時的情況

首先寫一個週期函式

f(t)=f(t+T)

, 它的拉普拉斯變換我們可以寫為

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此時,我們可以運用置換積分

t_{i}=t-iT,

dt_{i}=dt

i=1,2,3……

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上圖紅色框的和為

\frac{1}{1-e^{-sT}}

,我們再設後面的

\int_{0}^{T}f(t)e^{-sT}dt=F_{0}(s)

,最後得

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最後的最後,我們來舉個例子

拉普拉斯變換有什麼實際的物理意義?

第一步,先求

F_{0}(s)

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然後,

F(s)

就出來了

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