第七章 线性动态网络时域分析
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动态网络的模型与分析介绍:动态网络是指网络中的节点和边随着时间变化的一种网络结构,与传统的静态网络相比,动态网络更能真实地反映出真实世界中各种复杂的关系。
一、动态网络模型1. 时间演化模型动态网络的一个重要特征就是时间的变化,时间演化模型是描述网络节点和边如何随时间变化的数学模型。
常用的时间演化模型有:随机模型、增长模型和演化模型等。
随机模型:随机模型中的节点和边会随机出现和消失,模拟了网络中节点和边的随机变化。
增长模型:增长模型是指网络中的节点和边会随着时间的推移逐渐增加,模拟了网络的生长过程。
演化模型:演化模型是描述网络中节点和边之间的关系随时间变化的模型,可以根据节点和边之间的关系演化规律来推演网络的发展。
2. 网络结构模型网络结构模型是指网络中节点和边之间的连接关系的数学模型。
常用的网络结构模型有:小世界网络、无标度网络和随机网络等。
小世界网络:小世界网络模型是一种介于规则网络和随机网络之间的模型,节点之间的连接关系更倾向于短路径,模拟了现实世界中人际关系的特点。
无标度网络:无标度网络模型是一种节点度数呈幂律分布的网络模型,少数节点拥有大量的连接,模拟了现实世界中少数节点对网络的重要影响。
随机网络:随机网络模型是一种节点之间的连接关系是随机产生的网络模型,节点的度数差异较小,模拟了一些简单的网络结构。
二、动态网络的分析方法1. 社区发现算法社区是动态网络中具有紧密内部联系、稀疏外部联系的节点集合。
社区发现算法通过划分节点集合,帮助我们识别出网络中的社区结构。
常用的社区发现算法有:谱聚类算法、模块度优化算法等。
谱聚类算法:谱聚类算法根据网络中节点之间的相似性构建相似度矩阵,对相似度矩阵进行特征值分解来划分社区。
模块度优化算法:模块度优化算法通过优化网络的模块度,并将网络划分为多个模块,每个模块内的节点之间具有较高的联系。
2. 传播模型传播模型是研究动态网络中信息传播的数学模型,用于模拟信息在网络中的传播过程。
时域与频域分析时域与频域分析是信号处理中常用的两种方法,用于分析信号在时间和频率上的特征。
时域分析主要关注信号的幅度、相位和波形,而频域分析则关注信号的频率成分和频谱特性。
一、时域分析时域分析是指通过对信号在时间轴上的变化进行观察和分析,来研究信号的特性。
它通常使用时域图形表示信号,常见的时域图形有时域波形图和时域频谱图。
1. 时域波形图时域波形图是将信号的幅度随时间变化的曲线图形。
通过观察时域波形图,我们可以获得信号的振幅、周期、持续时间等特征。
例如,对于周期性信号,我们可以通过时域波形图计算出信号的周期,并进一步分析信号的频谱成分。
2. 时域频谱图时域频谱图是将信号的频谱信息与时间信息同时呈现的图形。
它可以用来描述信号在不同频率下的能量分布情况。
常见的时域频谱图有瀑布图和频谱图。
瀑布图将时域波形图在频域上叠加,通过颜色表示不同频率下的幅度,以展示信号随时间和频率的变化。
频谱图则是将时域信号转换到频域上,通过横轴表示频率,纵轴表示幅度,以展示信号的频谱特性。
二、频域分析频域分析是指通过将信号从时域转换到频域,来研究信号在频率上的特性。
频域分析通常使用傅里叶变换或者其它频域变换方法来实现。
1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的重要方法。
它可以将信号分解成不同频率成分的叠加。
傅里叶变换得到的频域信息包括频率、幅度和相位。
通过傅里叶变换,我们可以分析信号中各个频率成分的能量分布,从而了解信号的频谱特性。
2. 频谱分析频谱分析是对信号的频谱特性进行定量分析的方法。
经过傅里叶变换后,我们可以得到信号的频谱,进而进行频谱分析。
常见的频谱分析方法有功率谱密度分析、功率谱估计、自相关分析等。
通过频谱分析,我们可以计算信号的平均功率、峰值频率、峰值功率等参数,进一步得到信号的特征信息。
三、时域与频域分析的应用时域与频域分析在信号处理和通信领域具有广泛的应用。
例如:1. 时域分析可以用于信号的滤波和去噪。
线性系统时域响应分析线性系统是一类特殊的系统,其输入和输出之间具有线性关系。
这种系统广泛应用于信号处理、控制工程、电路和通信等领域中。
在分析线性系统时,时域响应是其中一种重要的分析方法之一,可以帮助我们了解系统对不同输入信号的输出情况。
时域响应是指系统对输入信号在时间域上的响应情况。
对于线性时不变系统(LTI)来说,时域响应完全由系统的冲激响应函数(impulse response function)所确定。
冲激响应函数描述了在系统输入为单位冲激函数(单位冲激函数是一个幅度为1、持续时间无限小、面积为1的信号)时,系统对此输入信号的输出响应。
为了求得系统的时域响应,我们可以通过系统的冲激响应函数进行求解。
具体来说,给定一个冲激响应函数h(t),如果系统的输入信号为x(t),那么系统的输出信号y(t)可以通过卷积运算得到:y(t)=x(t)*h(t)其中,*表示卷积运算。
对于时不变系统来说,其冲激响应函数是独立于时间t的。
这意味着一个时不变系统对于任何一个单位冲激输入信号,在任何一个时刻t上的输出都可以通过卷积运算得到。
这是时域响应分析的一个关键特性。
时域响应分析还可以帮助我们确定系统的稳定性。
对于一个稳定的系统来说,当输入信号是有界的时候,输出信号也是有界的。
这意味着系统不会产生无界的输出,保证了系统的稳定性。
通过分析时域响应,我们可以判断系统是否具有稳定性。
除了冲激响应函数,还有其他一些常见的时域响应函数,例如阶跃响应函数和频率响应函数。
阶跃响应函数描述了在系统输入为单位阶跃函数时,系统对此输入信号的输出响应。
频率响应函数描述了系统对不同频率的正弦信号输入的响应情况。
这些响应函数在不同的应用中有着重要的意义。
对于实际系统来说,时域响应分析可以帮助我们了解系统对不同输入的输出特性,例如输出的时延、幅度和频谱等。
这对于系统设计和系统性能分析都至关重要。
总之,时域响应分析是一种重要的方法,用于分析线性系统在时域上对输入信号的响应情况。
Chapter 7 一阶电路主要内容1.动态电路的方程及其初始条件;2.一阶电路(RC 电路、RL 电路)的时间常数;3.零输入响应、零状态响应、全响应、瞬态分量、稳态分量;4.三要素法;5.阶跃响应、冲激响应。
§7-1 动态电路的方程及其初始条件一、动态电路的方程1.动态电路:含有动态元件(电容或电感)的电路。
2.动态电路的方程: 电路中有储能元件(电容或电感)时,因这些元件的电压和电流的约束关系是通过导数(或积分)表达的。
根据KCL 、KVL 和支路方程式(VAR )所建立的电路方程是以电流、电压为变量的微分方程或微分-积分方程。
一阶动态电路:仅含一个动态元件的电路(RC 电路、RL 电路)。
3.动态电路的特征:当电路的结构或元件的参数发生改变时(如电源或无源元件的断开或接入,信号的突然注入等),可能使电路改变原来的工作状态,而转变到另一个工作状态。
换路:电路或参数的改变引起的电路变化。
0=t :换路时刻,换路经历的时间为 0_ 到 +0;-=0t :换路前的最终时刻; +=0t :换路后的最初时刻;4.经典法(时域分析法):根据KCL ,KVL 和VAR 建立描述电路的以时间为自变量的线性常微分方程,然后求解常微分方程,从而得到所求变量(电流或电压)的方法。
用经典法求解常微分方程时,必须根据电路的初始条件确定解答中的积分常数。
电路独立初始条件:)0(+C u 和 L i )0(+。
二、电路的初始条件1.电容的电荷和电压⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=⎰⎰ξξξξd tt i C t u t u d tti t q t q C C C C C C 0000)(1)()()()()(取 +-==0 ,00t t , 则⎪⎩⎪⎨⎧+=+=⎰⎰+-+--+-+ξξξξd i c u u d i q q C C C C C C 0000)(1)0()0()()0()0(若有限)( M i C ≤, 则 0)(00=⎰+-ξξd i C ,且⎩⎨⎧==-+-+)0()0()0()0(C C C C u u q q 电容上电荷和电压不发生跃变!① 若 -=0t 时,0)0(q q C =-, 0)0(U u C =-, 则有 0)0(q q C =+,)0(U u C =+, 故换路瞬间,电容相当于电压值为 0U 的电压源;② 若 -=0t 时,0)0( ,0)0(==--C C u q , 则应有)0( ,0)0(==++C C u q , 则换路瞬间,电容相当于短路。
第三章线性系统的时域分析法●时域分析法在经典控制理论中的地位和作用时域分析法是三大分析方法之一,在时域中研究问题,重点讨论过渡过程的响应形式。
时域分析法的特点:1).直观、精确。
2).比较烦琐。
§3.1 系统时间响应的性能指标1. 典型输入2. 性能指标•稳→基本要求 •准→稳态要求↓ss e :•快→过渡过程要求⎪⎩⎪⎨⎧↓↓⨯∞∞-=sp t h h t h %)()()(%σ§3.2 一阶系统的时域分析设系统结构图如右所示 开环传递函数sK s G =)( 闭环传递函数)1(11111)(T Ts Ts T K s K s K s K s -=+=+=+=+=Φλ :)(1)(时t t r =Ts sTs s T s R s s C 111)1(1)()()(+-=+=Φ=1)(,0)0( 1)(1=∞=-=∴-c c e t c t TTc e T t c t T 1)0( 1)(1='='-依)(t h 特点及s t 定义有:95.01)(1=-=-s t Ts et h05.095.011=-=-s t Te305.0ln 1-==-s t TT t s 3=∴一阶系统特征根1s T=-分布与时域响应的关系:21110 ()().(). ()s C s s R s h t t s s s •==Φ===时11() ()1()at a s a C s h t e s s a s s a•===-+=-+--时例1已知系统结构图如右其中:12.010)(+=s s G 加上H K K ,0环节,使s t 减小为原来的0.1倍,且总放大倍数不变,求H K K ,0解:依题意,要使闭环系统02.00.21.0*=⨯=s t ,且闭环增益=10。
11012.0)101(10 1012.01012.010112.010.)(1)(.(s)0000+++=++=+++=+=Φs K K K K s K s K s K s G K s G K HH H H H令 101011002.01012.00⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+==+=H H K K K K T 联立解出⎩⎨⎧==109.00K K H 例2已知某单位反馈系统的单位阶跃响应为at e t h --=1)(求(1).闭环传递函数)(s Φ;(2).单位脉冲响应;(3).开环传递函数。