拉普拉斯逆变换

Inverse Laplace Transform

反演积分公式

f(t)=12πj∫β−j∞β+j∞F(s)estds=L−1[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

由拉普拉斯变换知:

F(s)=L{f(t)}=∫0+∞f(t)e−stdt=∫−∞+∞f(t)u(t)e−σtejωtdt=F[f(t)u(t)e−σt]f(t)u(t)e−σt=12π∫−∞+∞F(s)ejωtdωf(t)u(t)=12πj∫β−j∞β+j∞F(s)estdsf(t)=12πj∫β−j∞β+j∞F(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+b1sm−1+⋯+bma0sn+a1sn−1+⋯+an(m≤n)

1.互异的单实数极点

F(s)=c1s−p1+c2s−p2+⋯+cns−pnL−1[1s−pi]=epitf(t)=L−1[F(s)]=c1ep1t+c2ep2t+⋯+cnepnt

2.含有共轭复数极点

F(s)=c1s−p1+c1∗s−p1∗+c3s−p3+⋯+cns−pn

上式同乘 (s−p1) 并取 s=p1
上式同乘 (s−p1∗) 并取 s=p1∗

p1=σ+jωp1∗=σ−jω[F(s)(s−p1)]s=p1=c1[F(s)(s−p1∗)]s=p1∗=c1∗L−1[c1s−p1+c1∗s−p1∗]=c1ep1t+c1∗ep1∗t=2Re(c1ep1t)=2Re{|c1|ejarg(c1)e(σ+jw)t}=2|c1|eσtcos⁡[arg(c1)+ωt]c1,c1∗p1,p1∗c1ep1t,c1∗ep1∗t

3.有重根

F(s)=cr(s−p1)r+cr−1(s−p1)r−1+⋯+c1(s−p1)+cr+1(s−pr+1)+⋯+cn(s−pn)cr=[F(s)(s−p1)r]s=p1cr−1=11!{dds[F(s)(s−p1)r]}s=p1⋯⋯cr−j=1j!{djdsj[F(s)(s−p1)r]}s=p1L−1[cr(s−p1)r+cr−1(s−p1)r−1+⋯+c1(s−p1)]=c10!ep1t+c21!tep1t+c32!t2ep1t+⋯+cr(r−1)!tr−1ep1t
有重根

L[(−t)nf(t)]=F(n)(s)

L−1[1(s−p)r]=tr−1(r−1)!ept

L[1(s−1)2]=tet


L[tn]=n!sn+1L[f(t)eat]=F(s−a)L[1n!tnep1t]=1(s−p1)n+1L−1[cn(s−p1)n]=1(n−1)!tn−1cnep1tL[(−t)nf(t)]=F(n)(s)L[tep1t]=−dds[1s−p1]=1(s−p1)2

留数法计算反演积分