マインドマップギャラリー 第 1 章 信号とシステム
教科書: 信号とシステムの第 1 章の知識ポイントをまとめた呉大正著『信号と線形システム解析』第 5 版 信号は、メッセージの表現形式または伝達媒体です。
2023-10-23 23:27:18 に編集されました第 1 章 信号とシステム
1.信号
意味
メッセージの形式または配信手段
急行
数式(関数)
波形グラフ
分類
確定的な信号とランダムな信号
この本では特定のシグナルのみについて説明します
OK信号
信号はドメイン内のすべての点で明確な値を持ちます (明確な時間関数またはシーケンスで表すことができます)。
連続時間範囲 (-∞<t<∞) で定義される信号を連続時間信号と呼びます。
「連続」: 関数の領域 - 時間 (または他の量) は連続です。値の範囲は連続的または不連続的です。
ランダム信号
「不確実性」「予測不可能性」
連続信号と離散信号
連続信号(連続時報)
離散信号(離散時間信号)
この本では、Tk が定数に等しい場合のみを説明します。
ある離散的な瞬間でのみ定義される信号は、離散時間信号と呼ばれます。
「離散」: 関数の領域、つまり時間 (またはその他の量) は離散的であり、特定の指定された値のみを受け取ります。
周期信号と非周期信号
周期信号
(-∞, ∞) 区間で定義され、一定時間 T (または整数 N) ごとに同じ規則に従って繰り返し変化する信号です。
非周期信号
周期的でない信号は非周期信号と呼ばれます。
式
連続的な周期信号
f(t)=f(t mT)、m=0、±1、±2、・・・
離散周期信号
f(k)=f(k・mN)、m=0、±1、±2、・・・
結論は
①連続正弦波信号は周期信号である必要がありますが、正弦波シーケンスは必ずしも周期シーケンスであるとは限りません。
②連続する2つの周期信号の和は必ずしも周期信号である必要はありませんが、2つの周期系列値の和は周期系列でなければなりません。
エネルギー信号と電力信号
エネルギー信号
信号 f(t) のエネルギーが制限されている場合 (つまり、0<E<∞、P=0)、それはエネルギー制限された信号と呼ばれます。
時限信号: 限られた時間間隔内でのみゼロではない信号 E: 正規化エネルギー P: 正規化電力
電力信号
信号 f(t) のエネルギーが制限されている場合 (つまり、0<P<∞、E=∞)、その信号は電力制限された信号と呼ばれます。
式
結論は
①周期信号は電力信号です
②非周期信号は電力信号またはエネルギー信号の場合があります。
③f(t)=e^t など、エネルギー信号でも電力信号でもない信号もあります。
他の
実数信号と複素信号
因果信号と非因果信号
1次元信号と多次元信号
2. 信号の基本動作
足し算と掛け算
離散系列の加算(または乗算)は、対応するサンプル点の値をそれぞれ加算(または乗算)することで計算できます。
反転して翻訳する
反転 - f(t)→f(–t) または f(k)→f(–k) は、信号 f(·) の反転または反転と呼ばれ、図的には f (· ) が 180°反転することを意味します。垂直座標を軸にします。
平行移動 - f(t)→f(t t₀) は信号 f(・) の平行移動またはシフトと呼ばれます。t) は信号 f(・) の平行移動またはシフトと呼ばれます。t₀ < 0 の場合、次に移動します。 f(・)を右に移動、そうでない場合は左に移動します。
スケール変換(横軸の拡大・縮小)
f(t)→f(at) は信号 f(t) のスケール変換と呼ばれます。 a>1 の場合、f(at) は時間軸に沿って f(t) の波形を元の 1/a に圧縮します。0<a<1 の場合、f(at) は f(t) の波形を時間軸に沿って圧縮します。時間軸 元のサイズの 1 倍に拡大します。
3. ステップ関数とインパルス関数
ステップ関数とインパルス関数
単位ステップ関数、 通常、t=0 の値は定義されていません
単位インパルス関数は特異関数であり、最大強度と動作時間の関数です。 非常に短い物理量の理想化されたモデル (ディラックによって提案)。 理解: 無限の高さ、無限小の幅、1 の面積を持つ対称的な狭いパルス。
インパルス関数の一般化された関数定義
テスト関数 (定義領域に相当) と呼ばれる、パフォーマンスの良い関数 φ(t) のタイプを選択します。一般化関数 g(t) は、値 N を各関数 φ(t) に割り当てるマッピングです。テスト関数空間 、この数値は一般化関数 g(t) とテスト関数 φ(t) に関連しており、N[g(t), φ(t)] として記録されます。通常、一般化関数 g(t) は ∫g(t)φ(t)dt=N[g(t),φ(t)] と書くことができます。
衝撃関数の導関数と積分
インパルス関数の性質
パリティ
通常の関数で乗算する
サンプリングのプロパティ
スケール変換
サンプリング機能を適用するときに従うべき 3 つの手順
1. 衝動が発生する瞬間 t₀ を見てください。 2. t₀ が積分制限に含まれているかどうかを確認します。 3. t₀ を代入します。
4. システム
説明する
数学的モデル
ある瞬間におけるシステムの応答 (出力信号) がその瞬間の励起 (入力信号) のみに依存し、過去の状態とは何の関係もない場合、それは即時システム (または記憶のないシステム) と呼ばれます。 ある瞬間におけるシステムの応答が、その瞬間の励起だけでなく過去の状態にも関連している場合、そのシステムは動的システム (または記憶システム) と呼ばれます。
この本では主に動的システムについて説明します。
システムの励起が連続信号であり、その応答も連続信号である場合、連続システムを記述する数学的モデルは微分方程式と呼ばれます。 システムの励起が離散信号であり、その応答も離散信号である場合、離散システムを記述する数学的モデルは差分方程式です。
システムブロック図の表現
一般的に使用される基本ユニット: 積分器 (連続システムの場合) または遅延ユニット (離散システムの場合)、加算器および数値乗算器 (スカラー乗算器)
特性
線形
y(・)=T[f(・)]
均一性
α を任意の定数とすると、系の励磁 f(・) が α 倍に増加すると、その応答 y(・) も α 倍に増加します。つまり、T[αf(・)]=αT[f(・) )] の場合、システムは均質または均一であると言われます。
相加性
励起 f₁(・) と f₂(・) の合計に対するシステムの応答が、各励起によって引き起こされる応答の合計に等しい場合、 つまり、T[f₁(・) f2(・)]=T[f₁(・)] T[f₂(・)]の場合、システムは加法的であると言われます。
自然
分解特性
ゼロ状態線形
すべての初期状態がゼロの場合、システムのゼロ状態応答は各入力信号に対して線形 (均一性と加算性を含む) になるはずであり、これをゼロ状態線形性と呼ぶことができます。
ゼロ入力リニア
すべての入力信号がゼロの場合、システムのゼロ入力応答は各初期状態に対して線形である必要があり、これがゼロ入力特性になります。
時間不変
システムに作用する刺激 f(・) によって引き起こされる応答を yzs(・) とすると、刺激が一定時間 td (または kd) 遅れると、それによるゼロ状態応答もまた、同時、
f(・) の前に可変係数がある場合、または逆変換または展開変換がある場合、システムは時変システムです。
因果関係
任意の時刻 t₀ または k₀ (通常はオプションの t₀=0 または k₀=0) および任意の入力 f(・)、f(・)=0 の場合、t<t₀(k<k₀)、そのゼロ状態応答 yzs(・) の場合=T[{0},f(・)]=0,t<t₀(k<k₀) の場合、そのシステムは因果システムと呼ばれ、それ以外の場合は非因果システムと呼ばれます。
安定性
有界励起 f(・) の場合、システムのゼロ状態応答 yzs(・) も有界です。これは、多くの場合、有界入力および有界出力安定性、または略して安定性と呼ばれます。
この本では主に線形時不変システム (LTI) について説明します。