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§2.4 卷积积分

§2.4  卷积积分

形脉冲信号分量x( )[ (t )d ]叠加起来构成的。 3. 是积分变量,t是积分参变量(在积分过程中可视为常数), 该积分公式也可以直接从单位冲激函数的取样特性得到。 3
一.卷积(Convolution)的引入
(t ) (t - )
LTI
h(t )
LTI LTI
h(t - )
t 0(即 t )时, (t ) 0 原式

t

e
( t )
d e e
t
t
1
12
五.对卷积积分的几点认识
r t

f ht d
(1)t:观察响应的时刻,是积分的参变量; : 信号作用的时刻,积分变量 从因果关系看,必定有 t (2)分析信号是手段,卷积中没有冲激形式,但有其内容
y f (t )


f ( )h(t ) d f (t ) * h(t )
5
例2-4-1:f (t) = e t,(-∞<t<∞),h(t) = (6e-2t – 1)ε(t), 求yf(t)。 yf(t) = f (t) * h(t)

y f (t )
e e
f H t d
f t f t d


f h t d


(t-)的响应
即LTI系统在信号激励f(t)下产生的零状态响应.
rzs t f t h t f t h t
f()是h(t-)的加权,求和
即df()是h(t-)的加权,积分

04第四章:卷积的计算.ppt

04第四章:卷积的计算.ppt
当t > 0时, ∫ e
0 ∞ 2(t − τ )
u (τ − t )dτ = ∫ e
t

2(t − τ )
1 dτ = 2
2(t − τ )
当t < 0时, e ∫
0

2(t − τ )
u (τ − t )dτ = ∫ e
0

1 2t dτ = e 2
得 所以


e
2(t − τ )
0
1 2t 1 u (τ − t )dτ = e u (−t ) + u (t ) 2 2
4.2卷积的性质 4.2卷积的性质
6.卷积的时移性质 6.卷积的时移性质
若 f 1 (t ) ∗ f 2 (t ) = f (t ) ,则
f1 (t − t1 ) ∗ f 2 (t − t 2 ) = f (t − t1 − t 2 )
利用卷积的时移性可以使时移信号的卷积计算变得大为简单。 利用卷积的时移性可以使时移信号的卷积计算变得大为简单。 4.2例 4.2-5 计算 tu (t ) ∗ u (t − 2) 。 解 由于
f (t ) = f1 (t ) * f 2 (t ) =
∫ f (τ ) f (t − τ )dτ
1 −∞ 2

给定 t 值, f 2 (−τ ) 沿 τ 正轴平移 t , 的波形, 4.1- ( ; ( 3) 将 得到 f 2 (t − τ ) 的波形, 如图 4.1-2 d) 相乘, (4)将 f1 (τ ) 和 f 2 (t − τ ) 相乘,得到 f1 (τ ) f 2 (t − τ ) ;
f (t ) = tu (t ) ∗ u (t ) =
1 2 t u (t ) ,则 2

微积分讲座---Z2.20 卷积的多种求解方法

微积分讲座---Z2.20 卷积的多种求解方法
(2)图解法。特别适用于求某时刻点上的卷积值。 (3)利用性质。比较灵活。
三者常常结合起来使用。
例 已知 f1(t)=e–2tε(t),f2(t)=ε(t)。求卷积积分f1(t)*
f2(t)。
2
2.3 卷积积分
第二章 连续系统的时域分析
例 f1(t)=e–2tε(t),f2(t)=ε(t),求卷积积分f1(t)* f2(t)。
2.3 卷积积分
知识点Z2.20
第二章 连续系统的时域分析
卷积的多种求解方法
主要内容:
卷积的多种求解方法
基本要求:
熟练各种卷积求解方法
1
2.3 卷积积分
第二章 连续系统的时域分析
Z2.20 卷积的多种求解方法
求解卷积的方法可归纳为:
(1)利用定义式,直接进行积分。对于容易求积分的 函数比较有效。如指数函数,多项式函数等。
解法I(定义):
f1(t) f2 (t)
e2 ( ) (t )d
t e2 d (t) 1 (1 e2t ) (t)
0
2
解法II(性质):
f1(t) f2 (t) (t) * e2t (t) (t) *[e2t (t)](1)
[e2t (t)](1) t e2 ( )d 1 (1 e2t ) (t)
2
3
2.3 卷积积分
第二章 连续系统的时域分析
解法III(图解):
f1(t)
f2 (t)
t e2 d 1 (1 e2t )
0
2
0
t0 t0
解法IV(常用公式):
f1 (t )

f2 (t)
(t) * e 2t
(t)
1 2

电路原理课件-卷积积分

电路原理课件-卷积积分
3
7) t≥7时,
y(t ) 0
注意:积分上下限应由被 积函数存在的时域范围的 上下限确定。
卷积积分在电路分析中的应用
例1、电路如图所示,uS=15e-0.25t(t)V。采用卷积计算uC。
解:以uC为响应,求单位阶跃响应
uC (0 ) uC (0 ) 0
uCf 40 1 0.5V 40 40
t t
t t
t 0
d dt t t
卷积积分上下限分析
t
0
r t h t f t f t h t
卷积符合交换律
δ t f t δ f t dτ τ τ
k 0
f (t ) f a (t )
f ( k ) ( t k ) ( t ( k 1) )
k 0 n 1

k 0 n 1
k 0
n 1
(t k ) (t (k 1) ) f (k )
例2、电路如图,R=10,L=1H,激励uS的波形如图 所示,求零状态响应i(t)。
解:以电流i 为响应,求单位阶跃响应为:
R t 1 g( t ) (1 e L ) ( t ) R 0.1(1 e 10 t ) ( t )
则单位冲激响应为:
dg( t ) h (t ) e 10 t ( t ) dt
40 40 RC 0.05 1s 40 40
uC ( t ) uCf (1 e ) ( t ) 0.5(1 e t ) ( t )V
t
单位阶跃响应为:
g(t ) 0.5(1 e t ) (t )

§2.7 卷积积分

§2.7 卷积积分
称为 f
1
卷积积分,简称卷积 卷积, (t) f2 (t) 的卷积积分,简称卷积,记为
f (t) = f1(t) ⊗ f2 (t)

f (t) = f1(t) ∗ f2 (t)
主要利用卷积来求解系统的零状态响应。 主要利用卷积来求解系统的零状态响应。
二.卷积定义(Convolution) 卷积定义( )
4.乘积的积分 乘积的积分


−∞
f1(τ ). f2 (t −τ )dτ
四.对卷积积分的几点认识
(1)卷积是系统分析中的重要方法,通过冲激响应h(t)建立了响应 卷积是系统分析中的重要方法, 卷积是系统分析中的重要方法
r(t)与激励e(t)之间的关系。 之间的关系。
一般数学表示: 一般数学表示: 信号无起因时: 信号无起因时:
1. 2.
f (t) = ∫ f1(τ ) (t −τ )dτ −∞ f1(t) → f1(τ ) 积分变量改为 τ
倒 置

-(τ- t)= t- τ 积分结果为t 的函数
f2 (t) → f2 (τ ) f2 (− ) → f2 (t −τ ) → τ
时延
3.相乘 相乘
f1(τ ) ⋅ f2 (t −τ )
卷积积分中积分限的确定是非常关键的。 卷积积分中积分限的确定是非常关键的。 借助于阶跃函数 u (t) 确定积分限 利用图解说明确定积分限 用图解法直观,尤其是函数式复杂时, 用图解法直观,尤其是函数式复杂时,用图形分段求出定积分限尤为 延时t, 对τ延时 延时 方便准确,用解析式作容易出错,最好将两种方法结合起来。 方便准确,用解析式作容易出错,最好将两种方法结合起来。,
f1(τ ) f2 (t −τ ) ≠ 0

第二章(2)卷积积分

第二章(2)卷积积分
f 2 ( t )
•第四步,将f1(τ)和f2(t-τ)相乘,得到卷积积分 式中的被积函数f1(τ)f2(t-τ)。
•第五步,计算乘积信号f1(τ)f2(t-τ)波形与τ轴 之间包含的净面积,便是卷积在t时刻的值。
•第六步,令变量t在(-∞,∞)范围内变化,重 复第三、四、五步操作,最终得到卷积信号 f1(t)*f2(t)。
f 1 t
2
1
2 -1 0
f 2 t
t
0
1
2
t
16
练习题答案:
f 1 t f 2 t
2
f 1 t
2
2
-1
0
t
f 2 t
1
-1
0
1
t
0 1 2
t
思考:两个时限信号的卷积积分结果有何特点? 从非零区间长度及形状考虑。
17
本节小结
1、卷积积分的解析法 2、卷积积分的图解法
3
4

(b )
o

f2 ( t - )
1
f1 ( ) f2 ( t - )
1
f1 ( )
t 0 (c ) t < 0
3

0
t
3

(d ) 0< t < 3
y (t ) 1 f1 ( ) f2 ( t - ) y (3)
0 (e ) t> 3
3
t
τ
0 (f )
3
t
例2 求下图所示函数 f1 (t ) f 2 ( t )的卷积积 和 f 1 t f 2 t 分。 2
2
( ) 2 ( t ) d
6 e

《信号与系统教学课件》§2.6 卷积及其性质和计算

《信号与系统教学课件》§2.6 卷积及其性质和计算

将卷积的微分性质和积分性质加以推广,可以得到
s
t
nm
f (n) 1
t
f (m) 2
t
f (m) 1
t
f (n) 2
t
X
二、卷积的性质
注意函数的积分和微分并不是一个严格的可逆关系, 因为函数加上任意常数后的微分与原函数的微分是相 同的。因此,对于等式
f1 t
f2 t
f1' t
k
d
k
f
3
t
d
令w k
f1
k
f2
w f3
t
k
w d w d k
令st f2t f3t
f1 k s t k d k
f1 t st
f1 t
f2 t
f3 t
f 1
t f2 t
f3 t
X
二、卷积的性质
一、代数性质 • 结合律
对于函数f1 t , f2 t , f3 t ,存在
h2 t
r(t)
h1 t
图2.6.2 卷积交换律的系统意义
X
二、卷积的性质
一、代数性质
• 结合律
对于函数f1 t , f2 t , f3 t ,存在
f1 t f2 t f3 t f1 t f2 t f3 t
根据卷积的定义
f1 t
f2
t
f3
t
f1
k
f2
X
三、卷积的计算
根据卷积的定义,卷积计算是由若干基本的信号运算组成的, 对于
s
t
f1
f2
t
d
第一步 反褶:将 f1 t 反褶运算,得到 f1

计算卷积的方法.ppt

计算卷积的方法.ppt
' t
dg ( t ) r ( t ) e ( t ) h ( t ) e ( t ) dt
de (t) *g(t) dt
e ( t ) e ( t ) u ( t )
de ( t ) d ( e ( t ) u ( t ))de ( t ) u ( t ) e ( t ) ( t ) dt dt dt
方法一:

h (t )
t
e( )
0


*
0
h(t ) 非零值下限是- 卷积分下限是零 u( ) 非零值下限是 0
h(t ) 非零值上限是 t 卷积分上限是 t u( ) 非零值上限是
若两个函数的左边界分别为tl1,tl2,右边界分别为 tr1,tr2,积分的 下限为max[tl1,tl2];积分的上限为min[tr1,tr2].


f f ( ) f ( t ) d 1 2 1 2 f
0 t-2 1
t
3 . if 1 t 2
1
b ab 2 ab 2 t a ( t ) d ( t ) 0 t 0 2 4 4
t
a t-2 0 t 1
ab (2 t 1 ) 4
2.各分段内卷积积分限的确定 。
分解成单位阶跃分量之和
f (t1 )
f( t t ) 1 1 f ( 0)
t1
t1
u ( t ) g ( t ) DaHarma ln tegr
*.Duharmal integral
r(t) e(0 )g(t) e ( )g(t )d 0
1
b ab 2 1 f f a ( t ) d ( t ) 1 2 0 02 4
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应用 f(t)
2
h(t)
1
h(t- )
1
45
13
-3 -1
2.将两函数的时限值两两相加,得出定义域
f()
4
f()
1+4=5; 1+5=6; 3+4=7;
3.确定积分限
t 1
5
0
4
4
3+5=8
1
5
t 3
4 t 1
0
5
6
7
8
第2章 连续时间系统的时域分析
2.利用微积分性质
x1 (t )
x2
(t)
x ( 2 ) 1
(t)
x(m) 2
(t)
x(m) 1
(t)
x(m) 2
(t)
运用卷积的微积分性质,可以使卷积的运算大大简化 3、任意函数与冲激函数的卷积:
x(t) (t) x(t)
x(t) (t t0 ) x(t t0 )
x(t t0 ) (t t1) x(t t0 t1)
4、经验公式:
x1(t t0 ) x2 (t t1) x1(t) x2 (t) ttt0 t1
(t
)
推广到一般:x(n) (t)
x(n) 1
(t
)
x2 (t)
x1(t)
x2(n) (t)
第2章 连续时间系统的时域分析
C、微积分性质:若 x(t) x1(t) x2 (t)
x(t)
x ( 1) 1
(t)
x (1) 2
(t)
x (1) 1
(t)
x ( 1) 2
(t)
推广到一般:x(t)
x(m) 1
第2章 连续时间系统的时域分析
第2章 连续时间系统的时域分析
第2章 连续时间系统的时域分析
§2.6 卷积积分的性质
1、卷积的代数运算:
A、交换律:x1(t) x2 (t) x2 (t) x1(t) y(t) x(t) h(t) h(t) x(t)
B、结合律:
x1(t) [x2 (t) x3(t)] [x1(t) x2 (t)] x3 (t)
第2章 连续时间系统的时域分析
*计算卷积的方法
1.用图解法计算卷积
2.利用性质计算卷积
分段时限
3.用函数式计算卷积
4.数值解法
卷积积分限
第2章 连续时间系统的时域分析
例8:已知 x1(t) 和 x2 (t) 的波形如图所示,试求 x1(t) x2 (t)
1.图解法:
x1 (t )
1
x2 (t )
对于级联系统:
x(t) h1(t) h2 (t) y(t)
y(t) [x(t) h1(t)] h2 (t) x(t) [h1(t) h2 (t)] [x(t) h2 (t)] h1(t) x(t) h(t)
第2章 连续时间系统的时域分析
结论:(1)级联系统的单位冲激响应等于各子系统单位 冲激响应的卷积 (2)级联系统的单位冲激响应与子系统的联接顺序无关。
x(1) (t)
x(1) 1
(t
)
x2 (t)
x1(t)
x(1) 2
(t
)
推广到一般:x(n) (t) x1(n) (t) x2 (t) x1(t) x2(n) (t)
B、积分性质:若 x(t) x1(t) x2 (t)
x(1) (t)
x1(1) (t)
x2 (t)
x1(t)
x ( 1) 2
1 t2u(t) 3 (t 1)2u(t 1) 3 (t 2)2u(t 2) 1 (t 3)2u(t 3)
22
2
2
第2章 连续时间系统的时域分析
(t)
x(2) 2
(t)
x1(t) u(t) u(t 1)
x ( 1) 1
(t
)
tu(t
)
(t
1)u
(t
1)
x(2) 1
(t)
1 2
t 2u(t)
1 2
(t
1)2 u(t
1)
x2 (t) t[u(t) u(t 1)] (2 t)[u(t 1) u(t 2)]
x1 (t )
1
x2 (t )
第2章 连续时间系统的时域分析
§2.5 卷积积分的运算和图解
y(t) x(t) h(t) x( )h(t )d
1)将x(t)和h(t)中的自变量由t改为,成为函数的自 变量; 2)把其中一个信号翻转、平移;
h( ) 翻转h( ) 平移th(( t)) h(t )
3)将x() 与h(t )相乘;对乘积后的图形积分。
1
x1(t )
1
x1 (t )


1 t 2 0 t 11 t 2
0
1t 2
1 t 12 t 3
第2章 连续时间系统的时域分析
总结:两有限长函数卷积的定义域(l1,ml) (l2,m2)
,(l1 l2), (l1 m2), (l2 m1), (m1 m2),
1
0
1
t
0
1 2t
x1 ( )
1
-1 0
第2章 连续时间系统的时域分析
x1(t) x2 (t)
1 x1(t )
t
d
0
1 2
t 2 0
t
1
0 t 1
0
1 2
1
d
t
(
2)d

t 2
3t
2
1
t
2
t1
1
3
2
(
2)d
1 t 2 3t 9 2 t 3
t1
2
2
0
1
0
1
t
0
1 2t
第2章 连续时间系统的时域分析
x(1) 2
(t
)
u(t
)
2u(t
1)
u(t
2)
x(2) 2
(t
)
(t
)
2
(t
1)
(t
2)
x1(t)
x2
(t)
x(2)
1
(t)
x(2) 2
(t
)
[1 t2u(t) 1 (t 1)2u(t 1)][ (t) 2 (t 1) (t 2)]
22
第2章 连续时间系统的时域分析
结论:并联系统的单位冲激响应等于各子系统单 位冲激响应的和 2、卷积的微积分性质
对于任意函数x(t),用 x(1) (t)表示其一阶导数,用x(n) (t) 表示其n阶导数,用x(1) (t)表示其一次积分,用x(m) (t)
表示其m次积分
A、微分性质:若 x(t) x1(t) x2 (t)
C、分配律:
x1(t) [x2 (t) x3(t)] x1(t) x2 (t) x1(t) x3(t)
对于并联系统:
h1(t)
x(t)
y(t)
h2 (t)
y(t) x(t) h1(t) x(t) h2 (t)
x(t) [h1(t) h2 (t)]
x(t) h(t)
第2章 连续时间系统的时域分析
例6 计算系统的零状态响应y(t) f (t) h(t),
已知:f (t) u(t),h(t) etu(t)
f (t) f ( )
h(t) h( )
t
h( )
t
f ( )h(t )
t
f (t) * h(t) t e(t )d 1 et 0
t0
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