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複阻抗傳遞函數

 在畫控制系統方框圖時,需要将從輸入量到輸出量的所有中間變量及傳遞函數寫出,以便畫圖,在電路系統中時常遇到電感和電容,其傳遞函數和s域電路模型推導如下:

1.電容傳遞函數:

 電容輸入輸出關系

複阻抗傳遞函數

以 u c ( t ) u_c(t) uc​(t)為輸出, i ( t ) i(t) i(t)為輸入,則有:

i ( t ) = C d u c ( t ) d t i(t)=C \frac{du_c(t)}{dt} i(t)=Cdtduc​(t)​

 對兩邊同時進行拉氏變換時: I ( s ) = C ( s U c ( s ) − u c ( 0 ) ) I(s)=C(sU_c(s)-u_{c}(0)) I(s)=C(sUc​(s)−uc​(0))

 進行一下等效變換得到: U c ( s ) = I c ( s ) s C + u c ( 0 ) s U_{c}(s)=\frac{I_{c}(s)}{sC}+\frac{u_{c}(0)}{s} Uc​(s)=sCIc​(s)​+suc​(0)​

 其中 u c ( 0 ) u_{c}(0) uc​(0)是電容在初始時刻的電壓值,如果電感初始時刻有電壓不能舍去,可以将其視作一個無初始電壓的電感和一個電壓源串聯,如下圖所示:

複阻抗傳遞函數

 忽略初始電壓或将其等效為電壓源後,就可以得到電容兩端的傳遞函數: U c ( s ) I ( s ) = 1 s C \frac{U_c(s)}{I(s)}=\frac{1}{sC} I(s)Uc​(s)​=sC1​

2.電感傳遞函數

複阻抗傳遞函數

 以 i L ( t ) i_L(t) iL​(t)作為輸入, u L ( t ) u_L(t) uL​(t)作為輸出,則有:

u L ( t ) = L d i L ( t ) d t u_L(t)=L\frac{di_L(t)}{dt} uL​(t)=LdtdiL​(t)​

 同樣兩邊同時進行拉氏變換得到:

U L ( s ) = L ( s I L ( s ) − i L ( 0 ) ) U_L(s)=L(sI_L(s)-i_{L}(0)) UL​(s)=L(sIL​(s)−iL​(0))

 等效電路模型為:

複阻抗傳遞函數

 此時忽略電感初始電流或将其等效為電壓源後電感兩端

傳遞函數為:

U L ( s ) I L ( s ) = s L \frac{U_L(s)}{I_L(s)}=sL IL​(s)UL​(s)​=sL