系统的传递函数是 线性时不变系统(LTI)在零初始条件下,输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。它是一个复变量s的函数,通常表示为G(s),其中s为复平面上的点。传递函数包含了系统对输入信号的传输及转换特性,包含了系统瞬态和稳态时间响应的全部信息。
传递函数的定义可以表述为:
$$G(s) = \frac{Y(s)}{U(s)}$$
其中,$Y(s)$ 是系统输出量的拉氏变换,$U(s)$ 是系统输入量的拉氏变换。
传递函数具有以下性质:
线性:
如果输入信号是输入信号的线性组合,输出信号也将是输出信号的线性组合。
时不变性:
系统的传递函数与输入信号的时间起点无关。
微分方程描述:
传递函数可以从系统的微分方程推导出来,通常表示为:
$$G(s) = \frac{\sum_{n=0}^{\infty} a_n s^n}{\sum_{n=0}^{\infty} b_n s^n}$$
其中,$a_n$ 和 $b_n$ 是系统微分方程的系数。
传递函数在系统分析和设计中非常重要,常用于:
频率响应分析:通过分析传递函数在复平面上的极点和零点,可以了解系统的频率响应特性。
系统稳定性分析:传递函数的根轨迹法可以用来分析系统的稳定性。
控制器设计:在经典控制理论中,传递函数是设计控制器的基础。
总之,传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具,广泛应用于系统分析和设计中。