同傅里叶变换一样,拉普拉斯变换的性质也可以实现对更多信号拉普拉斯变换的求解,除此之外,之前提到的求解拉普拉斯反变换的分部分式法以及留数法,也是在拉普拉斯变换具有线性和齐次性的前提下。这一部分内容将对拉普拉斯变换的性质做简要总结。
在讨论拉普拉斯变换的性质时,除变换本身外,要需要对变换前后收敛区间的变换加以强调。
1. 线性:
线性性质说明:信号的和的拉普拉斯变换,等于拉普拉斯变换的和,即“
收敛区间:通常为和的公共部分,但是也有例外,如下面的例子:
和的收敛区间分别均为,但是当两者相加后,收敛区间扩展成为
适用范围:拉普拉斯变换的线性性质,对单边和双边拉普拉斯变换均适用。
2. 尺度变换特性:
如果,收敛区间为,则:
收敛区间:
- 时,收敛区间为
- 时,收敛区间为
适用范围:
- 若用于单边拉普拉斯变换,则要求
- 对于双边拉普拉斯变换,对没有要求
3. 时延特性:
如果,收敛区间为,则:
收敛区间:仍为
适用范围:
- 若用于单边拉普拉斯变换,要求
- 对于双边拉普拉斯变换没有要求。
应用时延特性,可以求出单边周期信号,即信号按照周期在的部分进行周期化后的信号的拉式变换,如图所示:
若的拉普拉斯变换为,则单边周期化的信号为:
其拉普拉斯变换为:
4. 复移频特性
如果,收敛区间为,则:
收敛区间:
使用范围:双边拉普拉斯变换和单边拉普拉斯变换均适用。
例如:已知,收敛区为,则
收敛区:
5. 时域微分特性:
在了解时域微分特性之前,首先回顾系统和系统:
如果在时刻作为对系统开始观察的时刻,比如施加激励的时刻,或系统状态发生变化的时刻等,在之后很近的时刻称为时刻,在之前很近的时刻称为时刻,如下图所示:
系统:从开始考虑系统的激励和响应,响应的拉普拉斯变换为:
系统:从开始考虑系统的激励和响应,响应的拉普拉斯变换为:
系统和系统的主要区别为:
- 在时刻,如果激励信号存在冲激信号,则在时刻系统可能发生跳变,使得时刻的状态和时刻的状态不同。
- 系统并没有考虑在时刻信号加到系统时系统的状态,而是直接考虑信号加载之后的系统状态,即没有考虑系统的初始状态。系统则考虑了系统的初始状态,在使用拉普拉斯变换时会自动引入初始条件。因此一般都使用系统的拉普拉斯变换
时域微分特性:
如果,收敛区间为,则:
收敛区间:可能会增大,但是不会减小
适用范围:单边和双边拉普拉斯变换都适用。
对于多阶微分,其拉普拉斯变换为:
即:
若令初始状态为零,则:
可以用于求解零状态响应。
6. 时域积分特性:
如果,收敛区间为,则:
收敛区间:因为多引入了一个极点,因此收敛区间可能变小
适用范围:单边和双边均适用
推广:
7. 复频域微积分特性:
如果,收敛区间为,则:
收敛区:
- 复频域微分:可能增加
- 复频域积分:可能减小
8. 参量微积分特性
设,收敛区间为,则:
收敛区间:不变
9. 初值定理
如果和存在,且的拉普拉斯变换也存在,则:
推广:
或:
或:
10. 终值定理
如果和存在,且的拉普拉斯变换也存在,且的极点位于s平面的左半平面,并且在上至多存在单极点,则:
11. 卷积定理
且:
12. 对偶特性
如果:
则:
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