¿Bajo qué condiciones jw es igual a la variable laplace s en un circuito eléctrico?

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Imagina que tengo un actuador electromagnético y resuelvo las ecuaciones diferenciales subyacentes. Obtuve una solución para la excitación sinusodial, como sigue (solo un ejemplo, no hay antecedentes físicos):

$$ G (\ mathrm {j} \ omega) = \ frac {I (\ mathrm {j} \ omega)} {U (\ mathrm {j} \ omega)} = \ frac {1} {1 + \ mathrm {j} \ omega T} $$

Ahora acabo de configurar

$$ \ mathrm {j} \ omega = s, \ quad s \ rightarrow \ text {Laplace Variable} $$

para obtener

$$ G (s) = \ frac {1} {1 + s T} $$

y afirmo que esta es la función de transferencia para el circuito eléctrico que alimenta el actuador. Estoy seguro de que los resultados que obtuve son correctos, pero me dijeron que no puedo configurar $$ \ mathrm {j} \ omega = s $$ sin más explicaciones.

Así que me pregunto cuáles son las condiciones para hacer lo que he hecho, ¿cómo puedo probar que ambas ecuaciones son correctas y explicarlas de una manera matemática correcta? Siento que todos (en la literatura) simplemente lo hacen o evitan el problema.

Explicación adicional:

El sistema G (jw) anterior muestra un comportamiento de paso bajo en el dominio de la frecuencia, medios para la excitación de voltaje sinusodial $$ i (\ mathrm {j} \ omega) = G (\ mathrm {j} \ omega) \ cdot u (\ mathrm {j} \ omega) = \ frac {1} {1+ \ mathrm {j} \ omega T} \ cdot u (\ mathrm {j} \ omega) $$ Obtengo una mayor amortiguación cuanto mayor es la frecuencia de la excitación.

Pero también sabemos que una función de transferencia $$ i (s) = G (s) \ cdot u (s) = \ frac {1} {1 + s T} \ cdot u (s) $$ Emocionado por un paso unitario. $$ u (s) = \ frac {u_0} {s} $$ también llevará a una solución válida, a saber, el exponencial típico $$ i (t) = u_0 \ cdot (1- e ^ {- t / T}) $$ PT1-comportamiento.

Entonces, ¿cuál es la condición, que un sistema que es válido en el dominio de frecuencia para señales armónicas en estado estable , también es válido en el dominio de Laplace estableciendo $$ \ mathrm {j } \ omega = s $$ para estado no estacionario por ejemplo para la excitación con un paso unitario?

    
pregunta thewaywewalk

2 respuestas

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La variable de Laplace \ $ s \ $ se relaciona con el \ $ j \ omega \ $ de Fourier de la siguiente manera:

$$ s = \ sigma + j \ omega $$

La transformada de Fourier se puede ver como una transformada de Laplace cuando \ $ \ sigma = 0 \ $. El \ $ \ sigma \ $ permite que la transformación integral de Laplace converja para señales que la transformada de Fourier no hace, por ejemplo. Un paso unitario (función Heaviside).

Si está trabajando con señales reales, en un régimen de estado estable , es probable que las formas de onda converjan tanto para Fourier como para Laplace (la señal no se desviará repentinamente o presentará una no -destino diferenciado), por lo que \ $ s \ $ y \ $ j \ omega \ $ se vuelven intercambiables. De manera matemáticamente rigurosa, el ROC de Laplace ( Región de convergencia ) debe incluir \ $ \ sigma = 0 \ $, también conocido como el eje \ $ j \ omega \ $ del plano s.

Las limitaciones de convergencia de Fourier son motivo de algunas matemáticas incondicionales, si estás interesado, Wikipedia tiene un gran enlace en este .

    
respondido por el Vicente Cunha
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Déjame intentar una respuesta corta sin ninguna matemática. Supongamos que no está interesado en la relación entre el tiempo y el dominio de la frecuencia, lo que significa que: está interesado únicamente en las propiedades dependientes de la frecuencia de un sistema o circuito. En este caso, no necesita la Transformación de Laplace en absoluto, y puede interpretar los símbolos s como abreviatura de jw solamente ( s = jw ). En este caso, puede calcular y dibujar las cantidades de interés (magnitud, fase) dependientes de la frecuencia para su circuito.

Sin embargo, para analizar algunas propiedades especiales del sistema (en particular para sistemas con retroalimentación), es útil cambiar al dominio de frecuencia complejo (configuración s = σ + jω ). Y en el complejo plano de frecuencia podemos visualizar algunos parámetros interesantes como la distribución polo / cero, las frecuencias polo, las figuras de calidad polo, ...).

Estos parámetros son muy útiles para describir las propiedades del sistema en comparación con otros sistemas (similares). Un buen ejemplo son los circuitos de filtro, que pueden caracterizarse por el polo correspondiente y las ubicaciones cero.

Finalmente, vale la pena mencionar que las aplicaciones más importantes del complejo dominio de frecuencia son los análisis de estabilidad (diagrama de Nyquist).

Pero debes darte cuenta de que el complejo dominio de frecuencia es un producto artificial puro. Las frecuencias complejas no existen y no se pueden producir. Pero son una herramienta muy eficiente para analizar (y también para diseñar) circuitos y sistemas dependientes de la frecuencia.

    
respondido por el LvW

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