拉普拉斯逆变换

Inverse Laplace Transform

反演积分公式

f(t)=12πjβjβ+jF(s)estds=L1[F(s)]t>0

由像函数求像原函数的一般公式,积分路径是 s 平面上的一条直线 Res=β

反演积分公式的推导

拉普拉斯变换知:

F(s)=L{f(t)}=0+f(t)estdt=+f(t)u(t)eσtejωtdt=F[f(t)u(t)eσt]f(t)u(t)eσt=12π+F(s)ejωtdωf(t)u(t)=12πjβjβ+jF(s)estdsf(t)=12πjβjβ+jF(s)estdst>0

有理分式的拉普拉斯逆变换

先进行有理分式分解,使用留数法求极点(常见于控制系统的传递函数

F(s)=B(s)A(s)=b0sm+b1sm1++bma0sn+a1sn1++an(mn)

1.互异的单实数极点

F(s)=c1sp1+c2sp2++cnspnL1[1spi]=epitf(t)=L1[F(s)]=c1ep1t+c2ep2t++cnepnt

2.含有共轭复数极点

F(s)=c1sp1+c1sp1+c3sp3++cnspn

上式同乘 (sp1) 并取 s=p1
上式同乘 (sp1) 并取 s=p1

p1=σ+jωp1=σjω[F(s)(sp1)]s=p1=c1[F(s)(sp1)]s=p1=c1L1[c1sp1+c1sp1]=c1ep1t+c1ep1t=2Re(c1ep1t)=2Re{|c1|ejarg(c1)e(σ+jw)t}=2|c1|eσtcos[arg(c1)+ωt]c1,c1p1,p1c1ep1t,c1ep1t

3.有重根

F(s)=cr(sp1)r+cr1(sp1)r1++c1(sp1)+cr+1(spr+1)++cn(spn)cr=[F(s)(sp1)r]s=p1cr1=11!{dds[F(s)(sp1)r]}s=p1crj=1j!{djdsj[F(s)(sp1)r]}s=p1L1[cr(sp1)r+cr1(sp1)r1++c1(sp1)]=c10!ep1t+c21!tep1t+c32!t2ep1t++cr(r1)!tr1ep1t
有重根

L[(t)nf(t)]=F(n)(s)

L1[1(sp)r]=tr1(r1)!ept

L[1(s1)2]=tet


L[tn]=n!sn+1L[f(t)eat]=F(sa)L[1n!tnep1t]=1(sp1)n+1L1[cn(sp1)n]=1(n1)!tn1cnep1tL[(t)nf(t)]=F(n)(s)L[tep1t]=dds[1sp1]=1(sp1)2

留数法计算反演积分