tid

Relevanta dokument
Kapitel 4 Inst llning av regulatorer I detta avsnitt skall vi i korthet betrakta problemet att st lla in regulatorer s att den slutna kretsen f r nska

kretsen och terv nder, ges den terv ndande signalen av d1 = G p G c è,1èd. Men denna st rning g r i sin tur runt kretsen och terv nder, och den terv n

tid

tid

Signaler några grundbegrepp

2 Bj rkfeltbjon d r k èk =;:::;pè betecknar A:s olika egenv rden och n k r den algebraiska multipliciteten hos egenv rdet k. Om multipliciteten hos et

BO AKADEMI KEMISK-TEKNISKA FAKULTETEN Laboratoriet f r reglerteknik DEPARTMENT OF CHEMICAL ENGINEERING Process Control Laboratory REGLERTEKNIKENS GRUN

Kapitel 1 Grundbegrepp 1.1 Vad r reglerteknik? M ls ttningen med denna kurs r att ge en informell introduktion till reglertekniken. F r att svara p fr

2 Bj rkfeltçbjon Exempel.2. Systemet 2x + x 2, x 3 + x 4 =5 x 2 + x 3, x 4 =3 3x 3 +6x 4 =6 r inte triangul rt èdet r ju inte kvadratisktè. Ger vi d r



Laplacetransform, poler och nollställen

REGLERTEKNIK Laboration 5

TSIU61: Reglerteknik. de(t) dt + K D. Sammanfattning från föreläsning 4 (2/3) Frekvensbeskrivning. ˆ Bodediagram. Proportionell }{{} Integrerande

Alla kopplingar inkl. kringutrustning skall redovisas. Rapporten skall vara skriven med ordbehandlare. Kopplingsschemor kan dock vara handritade. Ni m

Minsta kvadratfelet som funktion av packningst theten Packning (ggr)

Komplexa tal: Begrepp och definitioner

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

Vektorrum 43 Exempel 4.. M ngden E av alla m=n-matriser, f rsedd med vanlig matrisaddition och vanlig multiplikation av en matris med en skal r, r ett

Samtidig visning av alla storheter på 3-fas elnät

Approximation av funktioner

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 5. Sammanfattning av föreläsning 4 Frekvensanalys Bodediagram

Referens :: Komplexa tal

För att förenkla presentationen antas inledningsvis att förstärkningen K 0, och vi återkommer till negativt K senare.

6. Stabilitet. 6. Stabilitet

Frekvenssvaret är utsignalen då insginalen är en sinusvåg med frekvens ω och amplitud A,

TSIU61: Reglerteknik. Frekvensbeskrivning Bodediagram. Gustaf Hendeby.

Föreläsning 9: Komplexa tal, del 2

MODELLERING AV DYNAMISKA SYSTEM OCH INLUPP 2

1.1 Den komplexa exponentialfunktionen

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

Skalle Histogram

3 differensekvationer med konstanta koefficienter.

2. Reglertekniska grunder

Komplexa tal. j 2 = 1

Introduktion till Komplexa tal

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

TENTAMEN Reglerteknik 4.5hp X3

Complex numbers. William Sandqvist

G(s) = 5s + 1 s(10s + 1)

TSIU61: Reglerteknik. Poler och nollställen Stabilitet Blockschema. Gustaf Hendeby.

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

TENTAMEN I REGLERTEKNIK TSRT03, TSRT19

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

Referens :: Komplexa tal version

Cirkelkriteriet (12.3)

TSRT19 Reglerteknik: Välkomna!

Kap 3 - Tidskontinuerliga LTI-system. Användning av Laplacetransformen för att beskriva LTI-system: Samband poler - respons i tidsplanet

REGLERTEKNIK KTH REGLERTEKNIK AK EL1000/EL1110/EL En tillståndsmodell ges t.ex. av den styrbara kanoniska formen: s 2 +4s +1.

Plan mot diskriminering och kränkande behandling Smedjebackens förskola 2014

Frekvensbeskrivning, Bodediagram

Flytt av försäkringssparande

6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6. Stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner. 6. Stabilitet. 6.2 Poler och stabilitet. 6.1 Stabilitetsdefinitioner

Attila Szabo Niclas Larson Gunilla Viklund Mikael Marklund Daniel Dufåker. GeoGebraexempel

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Matematik för sjöingenjörsprogrammet

a (och liknande ekvationer). a har lösningar endast om 1 a 1 (eftersom 1 sin( x ) 1). 3 saknar lösningar.

Komplexa tal. j 2 = 1

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

9 Bj rkfeltçbjon Oftast anv nder man beteckningen f r determinanten detèaè. Exempel 6.4. Matrisen a a 2 a n a 2 a 22 a 2n,,,, a n a n2 a nn A =ç a a 2

x - Px U = R(A) = R(P)

Figur 2: Bodediagrammets amplitudkurva i uppgift 1d

TATM79: Föreläsning 7 Komplexa exponentialfunktionen och binomiska ekvationer

2 Laborationsutrustning

Reglerteknik AK. Tentamen 24 oktober 2016 kl 8-13

Crash Course Envarre2- Differentialekvationer

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

TENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

REPETITION (OCH LITE NYTT) AV REGLERTEKNIKEN

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 8. Sammanfattning av föreläsning 7 Framkoppling Den röda tråden!

NATIONELLT PROV I MATEMATIK KURS E VÅREN Tidsbunden del

Besvara frågorna genom att sätta ett kryss i lämplig ruta. Kom ihåg att det alltid frågas efter, vad Du anser eller hur Du brukar göra!

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

Laboration i Fourieranalys, TMA132 Signalanalys med snabb Fouriertransform

Lösningar Reglerteknik AK Tentamen

Övningar i Reglerteknik. Differentialekvationer kan lösas med de metoder som behandlades i kurserna i matematisk analys. y(0) = 2,

TENTAMEN: DEL B Reglerteknik I 5hp

TENTAMEN Reglerteknik 3p, X3

rsredovisning BRF R da Stugans Smycke

Reglerteknik M3, 5p. Tentamen

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

Reglerteknik AK, FRTF05

10. Kretsar med långsamt varierande ström

5B1134 Matematik och modeller

Frekvensbeskrivning, Bodediagram

Välkomna till TSRT15 Reglerteknik Föreläsning 2

Figur 2: Bild till uppgift 1 a) b) Figur 3: Bilder till uppgift 7 5

TSIU61: Reglerteknik

ÖVNINGSTENTAMEN Reglerteknik I 5hp

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

INLÄMNINGSUPPGIFT I. REGLERTEKNIK I för STS3 & X4

Referens :: Komplexa tal version

( ), så kan du lika gärna skriva H ( ω )! ( ) eftersom boken går igenom laplacetransformen före

också en lösning: Alla lösningar, i detta fall, ges av

Tentamen i Systemteknik/Processreglering

Transkript:

Kapitel 4 Frekvensanalys 4.1 Allm nt En av de viktigaste signaltyperna vid studiet av dynamiska system r de periodiska sinusformade signalerna av formen yètè =Asinè!t + 'è è4.1è Orsakerna till att de sinusformade signalerna har en alldeles speciell roll inom s v l signalbehandling som reglerteknik beror av f ljande fakta. æ Det visar sig att om insignalen till ett linj rt dynamiskt system G r en sinusformad signal uètè = sinè!tè, s r utsignalen y = Gu i station rtillst ndet èdvs efter att inverkan av begynnelsetillst ndet d tt utè ocks en sinusformad signal med samma frekvens som insignalen, men en amplitud och fas som beror av det dynamiska systemet, dvs en signal av formen yètè =A G è!è sinè!t + ' G è!èè è4.2è Figurerna 4.1 och 4.2 sinusformade insignaler och utsignaler f r ett system av f rsta ordningen. Vi ser att utsignalen r i b da fallen efter insignalen i fas, och att signalen i çgur 4.2 d mpas mera n signalen i çgur 4.1. æ En generell signal yètè kan uttryckas i form av sinus- och cosinus signaler. Utvecklingen av en signal i frekvenskomponenter èsinus- och cosinusfunktionerè kallas frekvensutveckling. Exempel 4.1 Betrakta temperaturen i ett hus p sommaren. Utetemperaturen varierar periodisk under dygnet och kan approximativt beskrivas som en sinusformad signal. Hur varierar temperaturen inne i huset under dygnet j mf rt med utetemperaturen? Med en modell av det dynamiska systemet som beskriver sambandet mellan utetemperatur och innetemperatur, kan vi best mma f rloppet hos innetemperaturen. Fr n ovan n mnda fakta f ljer att inverkan hos ett linj rt dynamiskt system p en signal kan p ett kompakt och bekv mt s tt beskrivas med hj lp av den inverkan systemet har p periodiska sinusfunktioner. Detta ligger till grund f r çertalet metoder inom signalbehandling 36

1.5 u.5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1.5 y.5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 tid Figur 4.1: Sinusformad insignal uètè = sinè3tè och utsignalen hos systemet dyètè=dt + yètè = uètè. ès som çltersyntes m.m.è reglerkretsar. samt f r evalueringen av s v l prestandan som stabiliteten hos æ I signalbehandling kan signalers frekvenskomponenter utnyttjas f r att separera signalkomponenter med olika frekvensinneh ll. L t t.ex. en signal sètè vara korrumperad med brus eètè s att den mottagna signalen ges av yètè =sètè+eètè è4.3è F r att rekonstruera signalen sètè ur den uppm tta signalen yètè b r man utnyttja n gon karakteristisk egenskap som tskiljer sètè och eètè. Typiskt r, att frekvenskomponenterna hos den informationsb rande signalen sètè r begr nsade till l ga frekvenser, medan bruset eètè r mera h gfrekvent, se çgur 4.3. Detta kan utnyttjas f r att konstruera ett l gpassçlter F LP èpè som l ter l ga frekvenser passera och sp rrar h ga frekvenser, s att F LP èpèyètè =F LP èpèësètè +eètèë = F LP èpèsètè +F LP èpèeètèè ç sètè è4.4è Konstruktionen av ett dylikt çlter r enkelt eftersom ett linj rt dynamiskt systems inverkan p de olika frekvenskomponenterna kan uttryckas i en mycket kompakt form. æ I reglertekniken r frekvensanalys viktig vid evaluering av reglerkretsars prestanda. Man vet t.ex. att m tbrus i typiska fall har h gfrekventa komponenter èjfr çgur 4.3è, medan l ngsamt varierande st rningar èstegst rningar m.m.è best r av l gfrekventa komponenter. Det r f r viktigt att regulatorn planeras s att god d mpning f s i de frekvensomr den st rningarna çnns. æ Frekvensanalys r ocks ett mycket bekv mt hj lpmedel vid unders kningen av stabiliteten hos en reglerkrets. Reglerkretsen i çgur 2.11 r s ledes instabil, om det çnns 37

1.5 u.5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1.5 y.5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 tid Figur 4.2: Sinusformad insignal uètè = sinè6tè och utsignalen hos systemet dyètè=dt + yètè = uètè. n gon frekvens som f rst rker sig sj lv d signalen g r runt kretsen.stabiliteten hos terkopplade system kommer att diskuteras n rmare senare. 3 2 1 s 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 4 2 e 2 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 tid Figur 4.3: L gfrekvent signal sètè och h grfrekvent brus eètè. 4.2 Sinusformade signaler Innan vi unders ker frekvenssvaret hos linj ra system b r vi behandla de karakteristiska egenskaperna hos sinusformade signaler. Vi kan skriva en generell sinusformad signal i formen y sin ètè =Asinè!t + 'è è4.5è 38

Signalen karakteriseras av de tre parametrarna A,! och '. æ Sv ngningens frekvens best ms av vinkelfrekvensen! èradianerèsekundè. Signalen r periodisk med perioden T = 2ç=! èsekunderè. Signalens frekvens ges av f =!=è2çè èsv ngningar per sekund eller Hertz èhzèè. æ Vinkeln ' r signalens fasf rskjutning i f rh llande till signalen i ekvation è4.1è. æ Signalens storlek ges av dess amplitud A èé è.,a ç y sin ètè ç A. Signalen antar v rden i intervallet Fr n de trigonometriska sambanden sinèæ + æè = sinèæè cosèæè + cosèæè sinèæè cosèæ + æè = cosèæè cosèæè, sinèæè sinèæè è4.6è è4.7è f ljer att è4.5è kan skrivas i form av en sinuskomponent och en cosinuskomponent enligt y sin ètè =A sin sinè!tè +A cos cosè!tè è4.8è A sin = A cosè'è A cos = A sinè'è è4.9è è4.1è Omv nt g ller att è4.8è kan skrivas i form av en fasf rskjuten sinusfunktion enligt è4.5è, q A = A 2 sin + A2 cos è4.11è ç ç Acos ' = arctan è4.12è P analogt s tt f ljer att cosinusfunktionen A sin y cos ètè =Bcosè!t + 'è è4.13è kan skrivas i form av en sinuskomponent och en cosinuskomponent enligt y cos ètè =B sin sinè!tè +B cos cosè!tè è4.14è B sin =,B sinè'è B cos = B cosè'è è4.15è è4.16è Omv nt g ller att è4.14è kan skrivas i form av en fasf rskjuten cosinusfunktion enligt è4.13è, q B = B 2 sin + B2 cos è4.17è ç ç Bsin ' =, arctan è4.18è B cos 39

4.3 Frekvenssvaret hos linj ra dynamiska system Vi betraktar nu utsignalen hos ett linj rt dynamiskt system G som beskrivs av diçerentialekvationen è3.2è, d insignalen r den sinusformade signalen uètè = sinè!tè è4.19è Eftersom d dt sinè!t + 'è =!cosè!t + 'è; d 2 dt 2 sinè!t + 'è =,!2 sinè!t + 'è;::: è4.2è har vi att diçerentieringar av en sinusformad signal endast generar nya sinusformade signaler med samma frekvens!. Det f ljer att l sningen till diçerentialekvationen i det station ra fallet èefter att inverkan av begynnelsetillst nd kan f rsummasè ocks r en sinusformad funktion, som vi helt generellt kan skriva i formen yètè =A G è!è sinè!t + ' G è!èè = A sin è!è sinè!tè +A cos è!è cosè!tè è4.21è amplituden A G è!è och fasf rskjutningen ' G è!è best ms av det dynamiska systemet, och koeçcienterna A sin è!è och A cos è!è ges av è4.9è och è4.1è. Vi kan enkelt best mma dessa koeçcienter direkt ur diçerentialekvationen. F r att illustrera metodiken skall vi f rst betrakta ett system av f rsta ordningen. Exempel 4.2 Betrakta ett system av f rsta ordningen som beskrivs av diçerentialekvationen T dyètè dt + yètè =Kuètè è4.22è Om insignalen r uètè = sinè!tè vet vi allts, att utsignalen har formen yètè =A sin è!è sinè!tè +A cos è!è cosè!tè è4.23è koeçcienterna A sin è!è och A cos è!è best ms av systemet. F r att best mma dessa koefçcienter ins tts è4.23è i diçerentialekvationen. Eftersom dyètè dt = A sin è!è! cosè!tè, A cos è!è! sinè!tè è4.24è ger ins ttning i è4.23è: ëa sin è!è, TA cos è!è!ë sinè!tè +ëta sin! + A cos è!èë cosè!tè =Ksinè!tè è4.25è D sambandet g ller f r alla t, f s att koeçcienterna A sin è!è och A cos è!è skall satisçera ekvationerna A sin è!è, T!A cos è!è = K T!A sin è!è +A cos è!è = è4.26è è4.27è 4

Denna ekvation har den entydiga l sningen K A sin è!è =! 2 T 2 +1 A cos è!è =,!TK! 2 T 2 +1 è4.28è è4.29è Utsignalen fr n systemet è4.22è d insignalen r en sinusfunktion ges s ledes av è4.23è, koeçcienterna ges av è4.28è och è4.29è. Fr n è4.11è och è4.12è f ljer att utsignalen kan karakteriseras med hj lp av en amplitud och fasf rskjutning i formen yètè =A G è!è sinè!t + ' G è!èè è4.3è A G è!è = ' G è!è = arctan q A 2 sin è!è +A2 cos è!è = ç Acos A sin ç K p!2 T 2 +1 è4.31è =, arctanè!t è è4.32è Storheten A G è!è kallas systemets f rst rkning eller amplitudf rh llande och ' G è!è dess fasf rskjutning. Tillsammans deçnierar dessa systemets frekvenssvar, dvs hur systemet p verkar sinusformade insignaler av olika frekvenser. Frekvenssvaret hos ett f rsta ordningens system illustreras graçskt i çgur 4.4. Ett dylikt diagram, som ger f rst rkningen och fasf rskjutningen som funktioner av frekvensen!, kallas Bode-diagram. Vi ser ur çgur 4.4 att f rst rkningen minskar monotont med kande frekvens. L ga frekvenser è! éé1=t è p verkas endast litet: f rst rkningen r konstant ç K och fasf rskjutningen liten. F r h ga frekvenser è! éé 1=T è r d mpningen stor. Ett f rsta ordningens system fungerar s ledes som ett l gpassçlter. Fasf rskjutningen hos ett system av f rsta ordningen r negativ f r alla frekvenser, dvs utsignalen r efter i fas j mf rt med insignalen, och minskar monotont fr n vid! =till,9 æ vid h ga frekvenser. Proceduren i exempel 4.2 kan generaliseras till system av h gre ordning. Substitution av insignalen uètè = sinè!tè och uttrycket è4.23è f r yètè i diçerentialekvationen è3.2è och evaluering av derivatorna ger ett samband av formen ëu 11 A sin è!è +u 12 A cos è!èë sinè!tè +ëu 21 A sin + u 22 A cos è!èë cosè!tè =v 1 sinè!tè +v 2 cosè!tè è4.33è koeçcienterna u 11 ;u 12 ;u 21 ;u 22 ;v 1 och v 2 beror av diçerentialekvationen. Eftersom sambandet è4.33è g ller f r alla t, f ljer det att koeçcienterna A sin è!è och A cos è!è satisçerar ekvationssystemet u 11 A sin è!è +u 12 A cos è!è = v 1 u 21 A sin è!è +u 22 A cos è!è = v 2 è4.34è è4.35è Koeçcienterna kan sedan l sas och motsvarande f rst rkning och fasf rskjutning kan best mmas ur sambanden è4.11è och è4.12è. 41

1.8 Förstärkning.6.4.2 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2 Fasförskjuting 4 6 8 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 Frekvens Figur 4.4: Bode-diagram, som illustrerar f rst rkningen och fasf rskjutningen hos systemet dyètè=dt + yètè =uètè. Frekvenssvaret hos en d dtid Frekvenssvaret hos en en ren tidsf rdr jning r speciellt enkelt. F r insignalen uètè = sinè!tè ges den tidsf rdr jda utsignalen av yètè =uèt,lè = sinè!t,!lè è4.36è L r d dtiden. Det f ljer att f rst rkning och fasf rskjutning hos en d dtid ges av Aè!è = 1 'è!è =,!L è4.37è è4.38è F rst rkningen r allts konstant è=1è, medan fasf rskjutningen beror linj rt av!, dvs frekvenserna fasf rskjuts s att utsignalen r efter insignalen i fas och fasf rskjutningens storlek kar linj rt med frekvensen. Anm rkning 4.1 ven om vi ovan beskrivit insignalen med hj lp av en sinusfunktion, r det klart att insignalen uètè = cosè!tè f rst rks och fasf rskjuts p exakt samma s tt som insignalen è4.1è. Detta f ljer av att sinus- och cosinusfunktionerna r identiska s n r som p en fasf rskutning av storleken ç=2, ty cosè!tè = sinè!t + ç=2è. 4.4 Frekvenssvaret hos seriekopplade system En viktig konsekvens av den enkla formen hos frekvenssvaret f r linj ra dynamiska system r att frekvenssvaret hos seriekopplade system f r en speciellt enkel form. Betrakta en seriekoppling av systemet G 1 f ljd av systemet G 2, s att utsignalen kan uttryckas med hj lp av verf ringsoperatorerna enligt yètè =G 2 èpèg 1 èpèuètè è4.39è 42

F r den sinusformade insignalen uètè = sinè!tè g ller att utsignalen y 1 ètè fr n det f rsta systemet r y 1 ètè =A G1 è!è sinè!t + ' G1 è!èè è4.4è A G1 è!è och ' G1 è!è anger f rst rkningen och fasf rskjutningen hos G 1. D y 1 r insignal till det andra systemet G 2 f r den en ytterligare f rst rkning och fasf rskjutning, s att utsignalen fr n G 2 ges av yètè = A G2 è!èa G1 è!è sinè!t + ' G1 è!è +' G2 è!èè = A G1 G 2 è!è sinè!t + ' G1 G 2 è!èè è4.41è A G1 G 2 è!è = A G1 è!èa G2 è!è ' G1 G 2 è!è = ' G1 è!è +' G2 è!è è4.42è è4.43è Den totala f rst rkningen r s ledes produkten av de enskilda f rst rkningarna och den totala fasf rskjutningen r summan av de enskilda fasf rskjutningarna. Observera att motsvarande enkla samband inte g ller f r andra signaler. S ledes kan t.ex. stegsvaret hos seriekopplade system inte p n got enkelt s tt ber knas ur de enskilda systemens stegsvar. 4.5 Samband mellan frekvenssvar och verf ringsoperatorn ven om frekvenssvaret hos linj ra dynamiska system kan ber knas med den ovan beskrivna metoden, r den inte speciellt bekv m, eftersom proceduren inte ger n got enkelt explicit uttryck f r frekvenssvaret. Man brukar f r f redra ett alternativt s tt som g r det m jligt att uttrycka frekvenssvaret èf rst rkning och fasf rskjutningè explicit som funktion av systemets verf ringsoperator. Det pris man m ste betala f r denna f renkling r en n got mera abstrakt beskrivning av frekvenssvaret i form av komplexv rda signaler. Vi betraktar s ledes den komplexv rda signalen u e ètè = cosè!tè + j sinè!tè è4.44è j anger det imagin ra talet j= p,1. D den komplexv rda sinusformade signalen è4.44è r insignal till ett linj rt dynamiskt system G p verkar systemet s v l den reella komponenten cosè!tè som den imagin ra komponenten sinè!tè, s att b da komponenterna f rst rks med faktorn A G è!è och fasf rskjuts med vinkeln ' G è!è. Utsignalen r h rvid y e ètè =A G è!è cosè!t + ' G è!èè + ja G è!è sinè!t + ' G è!èè è4.45è De komplexv rda signalerna è4.44è, è4.45è r speciellt valda s att deras tidsderivata f r en s rskilt enkel form. Vi har n mligen d ëcosè!t + 'è + j sinè!t + 'èë =,! sinè!t + 'è +j!cosè!t + 'è dt = j!ëcosè!t + 'è + j sinè!t + 'èë è4.46è 43

Im 6 j sin ç ç æ* cos ç e jç = cos ç + j sin ç - Re Figur 4.5: Den komplexa exponentialfunktionen i det komplexa talplanet. Det f ljer att diçerentiering av signaler av typen è4.44è, è4.45è motsvarar multiplikation av signalen med j!, s att d dt u eètè = j!u e ètè d dt y eètè = j!y e ètè è4.47è è4.48è Vi kan notera att den komplexv rda signalen u e ètè i è4.44è k nns igen som den komplexa exponentialfunktionen e j!t,ty vi har att e jç = cosèçè +jsinèçè è4.49è Detta samband kan visas t.ex. genom en Taylor-serieutveckling av den komplexa exponentialfunktionen och de trigonometriska funktionerna i è4.49è. Figur 4.5 illustrerar den komplexa exponentialfunktionen i det komplexa talplanet. Fr n sambandet è4.49è f ljer è4.46è direkt, eftersom d dt ejè!t+'è =j!e jè!t+'è è4.5è P grund av sambandet è4.49è kommer vi h refter ocks att beteckna de komplexv rda signalerna è4.44è och è4.45è kompakt med hj lp av den komplexa exponentialfunktionen, dvs u e ètè = e j!t y e ètè = A G è!èe jè!t+' Gè!èè è4.51è è4.52è Betrakta nu systemet som beskrivs av diçerentialekvationen è3.2è. Vi l ter insignalen vara den komplexv rda signalen è4.51è, varvid utsignalen r en signal av formen è4.52è. 44

F r att best mma f rst rkningen A G è!è och fasf rskjutningen ' G è!è ins tts uttrycken i systemekvationen è3.2è: è! d n dt n + a d n,1 1 dt n,1 + æææ+a d n,1 dt + a d n y e ètè = çb m ç dt m + æææ+b d m,1 dt + b m u e ètè è4.53è Eftersom diçerentiering av dekomplexa exponentialfunktionerna r ekvivalent med multiplikation med faktorn j!, f r è4.53è formen ç ç çèj!è n + a 1 èj!è n,1 + æææ+a n,1 èj!è +a n y e ètè= çb èj!è m + æææ+b m,1 èj!è +b m u e ètè eller, med inf rande av polynomen è3.8è och è3.9è, è4.54è Aèj!èy e ètè =Bèj!èu e ètè è4.55è vilket ger y e ètè = Bèj!è Aèj!è u eètè =Gèj!èu e ètè è4.56è verf ringsfunktionen Gèpè = Bèpè=Aèpè inf rts enligt è3.12è. Sambandet è4.56è uttrycker f rst rkningen A G è!è och fasf rskjutningen ' G è!è hos utsignalen y e ètè med hj lp av verf ringsfunktionen Gèpè. F r att f explicita uttryck f r dessa storheter kan vi notera att Gèj!è, dvs verf ringsfunktionen evaluerad f r p =j!, r ett komplext tal, som vi kan skriva i formen Gèj!è =Rè!è+jIè!è è4.57è Rè!è r den reella komponenten och Iè!è r den imagin ra komponenten. Se çgur 4.6. D g ller enligt è4.56è, y e ètè = Gèj!èu e ètè = Gèj!èe j!t = ërè!è +jiè!èëëcosè!tè + j sinè!tèë = y reell ètè +jy imag ètè è4.58è y reell ètè =,Iè!è sinè!tè +Rè!è cosè!tè y imag ètè = Rè!è sinè!tè +Iè!è cosè!tè è4.59è è4.6è En j mf relse med è4.17è, è4.18è och è4.11è, è4.12è visar att y reell ètè och y imag ètè kan uttryckas med hj lp av en amplitud och fasf rskjutning enligt y reell ètè = A G è!è cosè!t + ' G è!èè y imag ètè = A G è!è sinè!t + ' G è!èè q A G è!è = Rè!è 2 + Iè!è 2 ç ç Iè!è ' G è!è = arctan Rè!è è4.61è è4.62è è4.63è è4.64è 45

Im 6 jiè!è jgèj!èj 'è!è æ* Gèj!è =Rè!è+jIè!è Rè!è - Re Figur 4.6: Det komplexa talet Gèj!è =Rè!è+jIè!èi det komplexa talplanet. Uttrycken è4.63è och è4.64è k nns igen som absoluta beloppet jgèj!èj respektive argumentet arg Gèç!è èdvs vinkeln med reella talaxelnè hos det komplexa talet Gèj!è = Rè!è + jiè!è. Vi har allts f tt f ljande resultat, som uttrycker frekvenssvaret hos ett linj rt dynamiskt system explicit som funktion av systemets verf ringsoperator. Frekvenssvaret hos ett linj rt system. Utsignalen fr n ett linj rt system med verf ringsoperatorn Gèpè f r den sinusformade insignalen uètè = sinè!tè ges av yètè =A G è!è sinè!t + ' G è!èè f rst rkningen ges av verf ringsoperatorns absoluta belopp A G è!è =jgèj!èj = q Rè!è 2 + Iè!è 2 och fasf rskjutningen ges av verf ringsoperatorns argument 'è!è = arg Gèj!è = arctan ç ç Iè!è Rè!è è4.65è è4.66è è4.67è Vi skall illustrera de ovan givna uttrycken f r ett system av f rsta ordningen samt f r en d dtid. Problem 4.1 H rled frekvenssvaret i ekvationerna è4.31è och è4.32è f r ett system av f rsta ordningen med hj lp av uttrycken è4.66è och è4.67è. 46

Frekvenssvaret hos en d dtid Vi skall nnu veriçera att sambanden è4.66è och è4.67è ven g ller f r en tidsf rdr jning. I avsnitt 3.3.4 hade vi att en ren d dtid av l ngden L har verf ringsoperatorn G L èpè =e,lp Vi har s ledes q jg L èj!èj = je,j!l j = æ cosè,!lè + j sinè,!lèæ = cos 2 è,!lè + sin 2 è,!lè =1 è4.68è è4.69è och h i ç ç arg G L èj!è = arg e,j!l sinè,!lè = arg cosè,!lè +jsinè,!lè = arctan cosè,!lè = arctan ètanè,!lèè =,!L è4.7è Detta verensst mmer med de tidigare h rledda uttrycken è4.37è, è4.38è f r f rst rkningen och fasf rskjutningen hos en d dtid. 47