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“
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理
收敛区间:通常为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_02拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_03的公共部分,但是也有例外,如下面的例子:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_04
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_05拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_06的收敛区间分别均为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_07,但是当两者相加后,收敛区间扩展成为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_08

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:

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_09,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_11
收敛区间:

  • 拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_12时,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_13
  • 拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_14时,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_15

适用范围:

  • 若用于单边拉普拉斯变换,则要求拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_12
  • 对于双边拉普拉斯变换,对拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_17没有要求

3. 时延特性:

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_09,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_20
收敛区间:仍为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10

适用范围:

  • 若用于单边拉普拉斯变换,要求拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_22
  • 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,即信号拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_23按照周期拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_24拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_25的部分进行周期化后的信号的拉式变换,如图所示:



拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_23的拉普拉斯变换为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_27,则单边周期化的信号为:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_28
其拉普拉斯变换为:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_29

4. 复移频特性

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_09,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_32
收敛区间:拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_33

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:已知拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_34,收敛区为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_35,则
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_36
收敛区:拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_37

5. 时域微分特性:

在了解时域微分特性之前,首先回顾拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_38系统和拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_39系统:

如果在拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_40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,在拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_40之后很近的时刻称为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_38时刻,在拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_40之前很近的时刻称为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_39时刻,如下图所示:



拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_38系统:从拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_46开始考虑系统的激励和响应,响应的拉普拉斯变换为:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_47
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_39系统:从拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_49开始考虑系统的激励和响应,响应的拉普拉斯变换为:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_50
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_38系统和拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_39系统的主要区别为:

  • 拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_53时刻,如果激励信号存在冲激信号,则在拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_53时刻系统可能发生跳变,使得拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_55时刻的状态和拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_56时刻的状态不同。
  • 拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_57系统并没有考虑在拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_53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。拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_59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。因此一般都使用拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_60系统的拉普拉斯变换

时域微分特性:

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_09,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_63
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:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_64
即:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_65
若令初始状态为零,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_66
可以用于求解零状态响应。

6. 时域积分特性:

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_09,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_69
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:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_70

7. 复频域微积分特性:

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_09,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_73
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

拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_74,收敛区间为拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_10,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_76

拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_77

收敛区间:不变

9. 初值定理

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_23拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_79存在,且拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_23的拉普拉斯变换也存在,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_81
推广:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_82
或:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_83
或:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_84

10. 终值定理

如果拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_23拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_79存在,且拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_拉普拉斯变换求参数 python代码_23的拉普拉斯变换也存在,且拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_27的极点位于s平面的左半平面,并且在拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_89上至多存在单极点,则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_90

11. 卷积定理

拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_91

且:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_92

12. 对偶特性

如果:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_信号处理_93
则:
拉普拉斯变换求参数 python代码 拉普拉斯变换如何计算_傅里叶变换_94

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