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标题: 我理解的拉普拉斯变换 [打印本页]

作者: 可梦之    时间: 2023-9-27 11:25
标题: 我理解的拉普拉斯变换
本帖最后由 可梦之 于 2023-9-27 11:33 编辑 2 K# N0 ?! @) h% n2 y8 |

& m& w% @% L* D' R& s4 [9 L& d2 k最近工作需要,又重温了一下电路知识,对拉氏变换有了“新”的理解。
5 ^  h2 N) }/ Y: A  H3 p# S- ^) t) q
众所周知,高斯小时候就原创了求和公式。求和公式就是将大量的加法运算变成了简单的乘法。换个思路看,天地自然宽。& B/ \  ]- w# M, p7 B' S
/ {$ m+ m! g) d
电路中很多微积分方程,如何解就很烦人。我们能否换一个工作域,将微积分变成我们熟悉的乘除法呢?
; x9 A6 x* y" C) |, |- W" ]5 ~# s+ K/ O; |

: E8 z7 h, x) k$ M5 e8 u7 {5 n9 r5 j- a7 \; I# i9 h, [* b
翻开数学工具箱,复数看着靠谱。复数有三种表达方式,欧拉公式将其转成简单的指数表达方式:
* I3 L6 S( B" p, x. A. u( f2 D# c5 W* Y3 C- j* p! |/ C- Z
" u% a  o, |* v, o% l1 |- }

, [; Y* T  B8 o* w1 F, |* N( w不去管复数的具体含义,运算从实数转成复数后,乘除法变成了加减法,微积分变成乘除法, N5 s9 k3 r* c7 z  I5 w& A1 }4 y, i

, Y" @: O, [* q5 N7 k( N
, ?. f8 F+ I( \9 m$ i; ~; }
' G! {! b' M) g$ c( @. n! L  F: D数转为复数域,那么函数呢?从上面我们看到指数很有用。哪个积分变换用到了指数呢?大名鼎鼎的傅里叶变换啊。不负众望,时域的微积分变成了频域的乘除法。- M. W: `9 r. W9 D& F

  X+ h* u3 D8 u- Q
0 X! Y2 O2 I$ d3 i% v$ L$ }8 P. T
! _% f( M/ |6 E  h- W# g傅里叶变换有一个小问题,要求函数绝对可积,也就是积分是要有限的,否则搞出来都是无穷就没有意义了。但是电路中很多函数不满足这个条件,比如x^2。那怎么办呢?+ B/ e, f4 H- g1 j

4 I! G2 i* A% f- {$ Q7 t& L拉普拉斯跳出来说,我可以把他变小啊。指数是增长/衰减最快的了。不管你函数多大,我给你乘上一个衰减因子e^-at,在t足够大的时候,都能给你拉下来,满足傅里叶条件了。( M7 n( i* L" S2 q9 E  T

2 c. F" U! \" D8 _% x7 m* I8 W+ x& C

4 x, `1 r1 B& v* M6 K指数相乘可以合并为加法,a+jw不就是一个复数s吗?这样就成了大名鼎鼎的拉氏变换了。- @+ p- g% z6 v3 ?) r

; p% \8 V& a' O+ {& s有了这些数学工具,我们可以将电路中的各种变量变成复数,方程转到复频域,这样微积分就变成了我们熟悉的多项式。做完操作再用逆拉普拉斯变换转回来就好了。
作者: 数值分析    时间: 2023-9-27 12:05
高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧?
作者: colin1992    时间: 2023-9-27 12:06
高手就是信手拈来
/ b  o: Q! C  M) z8 {5 O3 V0 L1 A以前看卡文迪许扭秤、云室,感叹设计的巧妙,没想到数学也有这种操作
作者: 可梦之    时间: 2023-9-27 13:20
数值分析 发表于 2023-9-27 12:05
+ Z4 X* ~% V& L7 r高斯小时候提出的 只是等差数列求和公式吧?
4 L. d9 x' c% _. L: J* B4 ]
对对对,1+...+100,本来想说高斯公式,但是高斯公式太多了
作者: 数值分析    时间: 2023-9-28 04:40
又看了一遍,时域变频域的好处似乎应该加上卷积变乘法,在电路里输入卷积上冲激响应等于输出实在是太好用了。
作者: 可梦之    时间: 2023-9-28 08:43
数值分析 发表于 2023-9-28 04:40
. M6 ^4 F& s6 ?+ V/ v1 v% k/ K又看了一遍,时域变频域的好处似乎应该加上卷积变乘法,在电路里输入卷积上冲激响应等于输出实在是太好用了 ...
3 |# q1 U" X3 A# Y" Y+ Y
对,还有反着用的。频域乘法后逆拉氏变换不好算,可以用时域的卷积




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