图4指数函数的性质
既然不可积,不想愉快的玩耍,得想辙!
给它乘以一个因子,相乘之后可积不就完事了。这个因子已经有人想好了,就是e^-σt。根据傅里叶变换公式,我们得到了s=σ jω。
OK,s是个复数,所以我们说拉普拉斯变换是将时域变换到复频域,见图2。在通过简单的变量替换,我们可以得出拉普拉斯反变换:
引入一个e^-σt,可以解决绝对可积的问题,我们把它叫做衰减因子。从这个角度看,拉普拉斯变换就是f(t)*e^σt的傅里叶变换。
图5引入衰减因子,X^2的函数“倒下了”,来源网络
总结除了信号处理与通信领域,似乎在经典控制理论中,更热衷于使用拉普拉斯变换。因引入拉普拉斯变换的一个主要优点,是可采用传递函数代替常系数微分方程来描述系统的特性。这就为采用直观和简便的图解方法来确定控制系统的整个特性、分析控制系统的运动过程,以及提供控制系统调整的可能性。
最后,再让我们看一看拉普拉斯变换的历史。在19世纪末,英国有一位工程师叫做赫维赛德,他发明了一种算子,可以方便的解决电气工程的一些问题。但是你知道的,工程师吗?不会有严格的数学证明。直到拉普拉斯在自己的著作中给出了明确的数学依据,这一方法开始在电学、力学等众多的工程与科学领域中得到广泛应用。