Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Σχετικά έγγραφα
Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Κλασική Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 16: Ολοκλήρωση Τριγωνομετρικών Συναρτήσεων, Γενικευμένα Ολοκληρώματα Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 14: Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες, Ολοκλήρωση Ρητών Συναρτήσεων Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

() min. xt δεν έχει μετασχηματισμό LAPLACE () () () Αν Λ= το σήμα ( ) Αν Λ, έστω σ. Το σύνολο μιγαδικών αριθμών. s Q το ολοκλήρωμα (1) υπάρχει.

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 13: Ακτίνα Σύγκλισης, Αριθμητική Ολοκλήρωση, Ολοκλήρωση Κατά Παράγοντες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 17: Αριθμητική Ολοκλήρωση, Υπολογισμός Μήκους Καμπύλης Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Λογισμός 3. Ενότητα 19: Θεώρημα Πεπλεγμένων (γενική μορφή) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 5: Παράγωγος Πεπλεγμένης Συνάρτησης, Κατασκευή Διαφορικής Εξίσωσης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Λογισμός 4 Ενότητα 10

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 9: Κίνηση Σε Πολικές Συντεταγμένες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Ενότητα 6: Ακρότατα συναρτησιακών διανυσματικών συναρτήσεων. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΑΝΟΙΚΤΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Γενικά Μαθηματικά Ι Ενότητα 11 : Ακολουθίες και Σειρές Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Ιστορία της μετάφρασης

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 6: Ακρότατα Συνάρτησης. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 19: Υπολογισμός Εμβαδού και Όγκου Από Περιστροφή (2 ο Μέρος) Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Μαθηματικά Και Στατιστική Στη Βιολογία

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 8: Εφαρμογές Σειρών Taylor. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Ενότητα 10: Γραμμικό Τετραγωνικό Πρόβλημα. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 7: Σειρές Taylor, Maclaurin. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Ενότητα 8: Συναρτησιακά καμπύλων οι οποίες υπόκεινται σε δεσμούς. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 7: Μορφές αγοράς και συγκέντρωση των ΜΜΕ

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Θεωρία μέτρου και ολοκλήρωσης

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Λογισμός 4 Ενότητα 12

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 3. Ενότητα 13: Τύπος του Taylor. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 2: Ορισμός του ολοκληρώματος. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ιστορία της μετάφρασης

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 5: Το Θεώρημα του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Παράκτια Τεχνικά Έργα

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 3: Το Θεώρημα του Lebesgue. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Οικονομία των ΜΜΕ. Ενότητα 9: Εταιρική διασπορά και στρατηγικές τιμολόγησης

Διοικητική Λογιστική

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Ενότητα 7: Συναρτησιακά καμπύλων με ασυνέχεια στις παραγώγους. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Λογισμός 4. Ενότητα 9: Παραδείγματα από άλλες αλλαγές. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Αξιολόγηση μεταφράσεων ιταλικής ελληνικής γλώσσας

Φ 619 Προβλήματα Βιοηθικής

Οδοποιία IΙ. Ενότητα 14: Υπόδειγμα σύνταξης τευχών θέματος Οδοποιίας. Γεώργιος Μίντσης ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Ενότητα 4: Εισαγωγή στο Λογισμό Μεταβολών. Νίκος Καραμπετάκης Τμήμα Μαθηματικών

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Μοντέρνα Θεωρία Ελέγχου

Σήματα και Συστήματα

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 2 η : ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ενότητα 5: Ο μετασχηματισμός Laplace Νίκος Καραμπετάκης

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Περιεχόμενα Ενότητας Μονόπλευρος μετασχηματισμός Laplace. Μετασχηματισμός Laplace γνωστών συναρτήσεων. Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace. 4

Σκοποί Ενότητας Μετασχηματισμός Laplace: Βασικό εργαλείο για την επίλυση συστημάτων διαφορικών εξισώσεων αλλά και την περιγραφή συστημάτων. Ορισμός του μετασχηματισμού Laplace και υπολογισμός του μετασχηματισμού Laplace γνωστών συναρτήσεων. Περιγραφή ιδιοτήτων του μετασχηματισμού Laplace. 5

Ο (αμφίπλευρος) μετασχηματισμός Laplace Έστω x t : R R. Ο (αμφίπλευρος) μετασχηματισμός Laplace L x t του σήματος x t ορίζεται: X s : C C, s = σ + jω t= L x t =: X s = x t e st dt t= =: X s 6

Ο μονόπλευρος μετασχηματισμός Έστω x t : R R. Laplace Ο (μονόπλευρος) μετασχηματισμός Laplace L x t του σήματος x t ορίζεται: t= L x t =: X s = x t e st dt t= =: X s Εξαρτάται μόνο από τις τιμές του σήματος x t για t. (1) 7

Ο μετασχηματισμός Laplace (1) Δεν έχουν όλες οι συναρτήσεις f(t), όπου t είναι οποιαδήποτε μεταβλητή, μετασχηματισμό Laplace. Για να υπάρξει ο μετασχηματισμός Laplace μιας συνάρτησης f(t), πρέπει να πληρούνται οι όροι Dirichlet - μια σειρά από επαρκείς, αλλά όχι απαραίτητες προϋποθέσεις. Αυτές είναι: f(t) πρέπει να είναι τμηματικά συνεχής, δηλαδή, θα πρέπει ως συνάρτηση να παίρνει μόνο μια τιμή, αλλά μπορεί να έχει έναν πεπερασμένο αριθμό πεπερασμένων απομονωμένων ασυνεχειών για t >. f(t) πρέπει να είναι της εκθετικής τάξης, δηλαδή η f(t) πρέπει να είναι μικρότερη από Me a t καθώς t, όπου M είναι μία θετική σταθερά και a θετικός πραγματικός αριθμός. 8

Ο μετασχηματισμός Laplace (2) tan βt, cos βt, e t2 Δεν έχουν μετασχηματισμό Laplace. lim t f t e ct =, c =πραγματική σταθερά. Έχουν μετασχηματισμό Laplace. 9

Ο μετασχηματισμός Laplace (3) Το ολοκλήρωμα F s = f t e st dt συγκλίνει αν συγκλίνει το ολοκλήρωμα f t e st dt <, s = σ + jω. 1

Έστω Περιοχή σύγκλισης του μετασχηματισμού Laplace Λ σ R: x t e σt dt < Αν Λ =, το σήμα x t δεν έχει μετασχηματισμό Laplace. Αν Λ =, έστω σ min το ελάχιστο στοιχείο του Λ σ min < σ, σ Λ Το σύνολο των μιγαδικών αριθμών Q s C, Re s > σ min ονομάζεται περιοχή σύγκλισης του μετασχηματισμού Laplace και για κάθε s Q το ολοκλήρωμα (1) υπάρχει. 11

t= U s = u t e st dt t= Για s = σ + jω t= = e st dt t= e s = lim T e st = 1 s e st t= t= (2) e s = lim e σ+jω T = lim e σt e jωt (3) T Τ Το όριο στην (3) υπάρχει αν και μόνο αν και τότε είναι Ο μετασχηματισμός Laplace της μοναδιαίας βηματικής συνάρτησης (1) σ > Re s > lim Τ e σt e jωt = 12

Τότε η (2) δίνει Ο μετασχηματισμός Laplace της μοναδιαίας βηματικής συνάρτησης (2) Επίσης έχουμε ότι U s = 1 s e = 1 s t= u t e σt dt <, σ > t= και άρα η περιοχή σύγκλισης του U s είναι το σύνολο Q s C, Re s > (το ανοικτό θετικό ημι-επίπεδο) 13

Έστω x t Ο μετασχηματισμός Laplace της μοναδιαίας κρουστικής συνάρτησης (1) = δ t η μοναδιαία κρουστική συνάρτηση. X s = t= δ t e st dt t= Το κάτω όριο είναι διότι η δ(t) δεν ορίζεται για t =. Από την ιδιότητα της δ(t) Για t = έχουμε ότι τ= x t = x τ δ τ t dτ. τ= τ= τ= x τ δ τ dτ = x. 14

Ο μετασχηματισμός Laplace της μοναδιαίας βηματικής συνάρτησης (2) τ= X s = δ τ e st dτ τ= Εφόσον τ= = δ τ e st dτ = e = 1 τ= t= δ t e σt dt = e = 1, σ R t= η περιοχή σύγκλισης του X s είναι όλο το μιγαδικό επίπεδο C. 15

Έστω x t Ο μετασχηματισμός Laplace της = e bt u t, όπου b R Ο μετασχηματισμός Laplace X s είναι: Για s = σ + jω εκθετικής συνάρτησης (1) t= X s = e bt e st dt t= t= = e (s+b)t dt t= t= = 1 s + b e (s+b)t t= e (s+b) = lim Τ e σ+b Τ e jωt (4) 16

Ο μετασχηματισμός Laplace της εκθετικής συνάρτησης (2) Το όριο (4) υπάρχει αν και μόνο αν Και τότε σ + b > lim Τ e σ+b Τ e jωt = Και άρα ο μετασχηματισμός Laplace X s του x t είναι X s = 1 s + b = e bt u t 17

Ο μετασχηματισμός Laplace της εκθετικής συνάρτησης (3) Το όριο (4) υπάρχει αν και μόνο αν σ + b > Η περιοχή σύγκλισης του μετασχηματισμού Laplace X s είναι το σύνολο Q s C, Re s > b 18

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace - Αν x t X s, y t Y s, τότε ax t + by t ax s + by s, a, b C L f t + g t = f t + g t e st dt Γραμμικότητα = f t e st dt + g t e st dt Αν η περιοχή σύγκλισης της f(t) είναι σ f και της g(t) είναι σ g, και σ g > σ f τότε η περιοχή σύγκλισης της f t + g(t) είναι Re(s) > σ g. Παρόμοια για μετασχηματισμό Laplace της αf(t). = 19

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace u t 1 s e at u t 1 s+a u t + e at u t 1 + 1 = 2s+a s s+a s s+a 2

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Δεξιά μετάθεση (time delay) (1) L f t λ u t λ = e sλ F s L f t λ u t λ = f t λ u t λ e st dt u τ =, τ = t λ λ t L f τ u τ = e sλ f τ u τ e sτ dτ = e sλ F s λ = e sλ f τ e sτ dτ 21

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Αριστερά μετάθεση (time delay) Δεν υπάρχει ανάλογο αποτέλεσμα για την αριστερή μετάθεση x t + t 1, t 1 > του σήματος x t. Διότι ο μετασχηματισμός Laplace του x t + t 1 : x t + t 1 e st dt δεν είναι δυνατόν να εκφραστεί μέσω του X s x t. 22

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Δεξιά μετάθεση (time delay) (2) Έστω ο τετραγωνικός παλμός t 1 sec: p t = 1, t t 1 p t =, για κάθε άλλο t p t = u t u t t 1 p t = u t u t t 1 P s = 1 s e t 1s 1 s = 1 e t 1s s 23

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Χρονική κλιμάκωση x at 1 a X s a + L x at = x at e st dt = 1 α + x τ e τσ αdτ τ = at α > = dτ = adt = 1 α X s a + x τ e sτ α 1 α dτ Παράδειγμα: Αν u t η μοναδιαία βηματική συνάρτηση, τότε u at 1 a s/a s (το περιμέναμε, εφόσον u at = u t, a > ) 1 24

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός με εκθετική συνάρτηση (1) e at x t e st e at x t dt = X s a x t e s a t dt = X s a 25

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός με εκθετική συνάρτηση (2) Έστω το σήμα v t = u t u t t 1 e at, t 1 >, a R u t u t t 1 1 e t1s s v t = u t u t t 1 e at 1 et 1 s a s a = V s 26

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός με δύναμη του t (1) Για n = 1 dx s ds Για n = 2 = x t + = L tx t. d 2 X s ds 2 = x t + = L t 2 x t. t n x t 1 d ds e st d 2 ds 2 e st dt dn n X s dsn dt + = x t t e st dt + = x t t 2 e st dt 27

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός με δύναμη του t (2) Έστω το σήμα «ράμπα» r t = tu t r t R s = d ds U s = d 1 ds s = 1 s 2 t n u t n! s n+1 t 2 u t 2! s 3, t3 u t 3! s 4, 28

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός με δύναμη του t (3) Έστω το σήμα v t = te bt, b R. e bt 1 s + b, tn x t 1 v t = te bt V s = d ds t n e bt n! s + b n+1 dn n X s dsn 1 s + b = 1 s + b 2 29

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός συνάρτησης με τριγωνομετρική συνάρτηση (1) x t sin ωt j 2 X s + jω X s jω x t cos ωt 1 X s + jω + X s jω 2 e jωt = cosωt + jsinωt και e jωt = cosωt jsinωt sinωt = j 2 e jωt e jωt x t X s e at x t X s a a = jω e jωt x t X s ± jω 3

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός συνάρτησης με τριγωνομετρική συνάρτηση (2) x t sin ωt j 2 X s + jω X s jω x t cos ωt 1 2 x t sin ωt X s + jω + X s jω = x t j 2 e jωt e jωt = j 2 e jωt x t e jωt x t = j 2 X s + jω Χ s jω 31

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός συνάρτησης με τριγωνομετρική συνάρτηση (3) Έστω v t = cosωt. Εφόσον ο (μονόπλευρος) μετασχηματισμός Laplace του v t εξαρτάται μόνο από τις τιμές του t, γράφουμε v t = u t cosωt u t 1 s, x t cosωt 1 2 X s + jω + Χ s jω 1 2 1 s + jω + 1 s jω = 1 s jω + s + jω 2 s 2 + ω 2 = s s 2 + ω 2 32

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός συνάρτησης με τριγωνομετρική συνάρτηση (4) cosωt s s 2 + ω 2 sinωt ω s 2 + ω 2 33

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Πολλαπλασιασμός συνάρτησης με τριγωνομετρική συνάρτηση (5) Έστω το σήμα v t = e bt cosωt. e at x t X s a x t = cosωt X s = s s 2 + ω 2 e bt cosωt s + b s + b 2 + ω 2 34

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Συνέλιξη σημάτων (1) x v t X s V s Έστω x t, v t, x t =, v t =, για t <. Η συνέλιξη των x t, v t είναι τ=t x v t = x τ v t τ dτ τ= Εφόσον v t =, για t <, το παραπάνω ολοκλήρωμα γράφεται τ= x v t = x τ v t τ dτ τ=, t, t 35

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Συνέλιξη σημάτων (2) t= x v t X s V s τ= x v t = x τ v t τ dτ t= τ= τ= t= = x τ v t τ e st dt τ= τ= t= t = t T e st = x τ v t e s(t +τ) dt τ= t = t = τ v t =, για t < dτ = dτ 36

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Συνέλιξη σημάτων (3) τ= = x τ v t e s(t +τ) dt τ= t = t = τ= = x τ e st dτ τ= = X s V s dτ t = v t e st dt t = 37

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Διαφόριση ως προς τον χρόνο (1) Έστω η συνάρτηση f(t) η οποία είναι τμηματικά συνεχής με τμηματικά συνεχείς παραγώγους df t dt στο διάστημα t T. Έστω ότι η f(t) είναι εκθετικής τάξης e ct καθώς t. Τότε όταν Re s > c, ο μετασχηματισμός Laplace της df(t)/dt υπάρχει και είναι ίσος με L df t dt = sl f t f + = sf s f + 38

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace df t df t L = lim e st dt dt T dt Γράψτε το ολοκλήρωμα ως το άθροισμα των ολοκληρωμάτων σε κάθε διάστημα στο οποίο η ολοκληρωτέα συνάρτηση είναι συνεχής. Έτσι, γράφουμε T Διαφόριση ως προς τον χρόνο (2) e st f 1 t dt = t 1 + T t 2 t 1 + + T t n 1. u = e st, du = se st dt dv = df dt dt, v = f 39

e st f t t 1 + e st f t t1 t 2 + + e st T f t tn 1 f(t) είναι συνεχής άρα f t 1 = f t 1 + Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace T Διαφόριση ως προς τον χρόνο (3) e st f 1 L df t dt t dt T + s e st f t dt T = f + + e st f T + s e st f t dt lim f t e st = t = sl f t f + = sf s f +... 4

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Διαφόριση ως προς τον χρόνο (4) dx t dt sx s x d2 x t dt 2 s 2 X s sx x dn x t dt n sn X s s n 1 x s n 2 x sx n 2 x n 1 41

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Θεώρημα αρχικής τιμής (1) Έστω ότι για τις f t και f 1 Laplace. t υπάρχει ο μετασχηματισμός Τότε εάν το όριο lim sf s καθώς s υπάρχει, s + sf s = lim s + lim f t. t + 42

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace lim s + df dt e st dt = lim s + sf s f + Επειδή η f + είναι ανεξάρτητη του s, και επειδή το ολοκλήρωμα εξαφανίζεται για s, έχουμε Επιπλέον, f + Θεώρημα αρχικής τιμής (2) lim s + sf s f + =. = lim t + f t οπότε lim s + sf s = lim f t t + 43

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Θεώρημα τελικής τιμής (1) Έστω ότι για τις f t και f 1 Laplace. Τότε για t + έχουμε lim f t = t + t υπάρχει ο μετασχηματισμός lim sf s s Αυτό το αποτέλεσμα έχει νόημα αν η F(s) διαθέτει ένα απλό πόλο στην αρχή των αξόνων, αλλά δεν ισχύει εάν η F(s) έχει πόλους στον φανταστικό άξονα, ή πόλους στο δεξιό μιγαδικό επίπεδο, ή πόλους υψηλότερη τάξης στην αρχή των αξόνων. 44

Ιδιότητες μετασχηματισμού Laplace Θεώρημα τελικής τιμής (2) lim s lim t df dt e st dt = lim s sf s f + e st 1 καθώς s df dt dt f t f + = lim s lim f t = t = lim t f t f + lim sf s s sf s f + 45

Βιβλιογραφία Βαρδουλάκης Α.Ι., 211, Εισαγωγή στη Μαθηματική Θεωρία Σημάτων, Συστημάτων και Ελέγχου, Τόμος Α :, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε. Alexander D. Poularikas, Transforms and applications handbook / editor, 3rd ed., CRC Press, Taylor & Francis Group (Chapter 5, Laplace Transforms, by Alexander D. Poularikas and Samuel Seely). 46

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Νικόλαος Καραμπετάκης. «. Ενότητα 5: Ο μετασχηματισμός Laplace». Έκδοση: 1.. Θεσσαλονίκη 214. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://eclass.auth.gr/courses/ocrs432/ 47

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά - Παρόμοια Διανομή [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. [1] http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4./ 48

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 49

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΧΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τέλος Ενότητας Επεξεργασία: Αναστασία Γ. Γρηγοριάδου Θεσσαλονίκη, Χειμερινό εξάμηνο 214-215