拉普拉斯變換:不連續與脈衝強迫

傳遞函數的極點(poles of a transfer function)

把傳遞函數寫成分數 H(s) = 分子 / 分母。極點是使分母為零的 s 值——H(s) 暴增到無窮的那些點。它們是一小撮數字(常為複數),而令人驚訝的是,光是知道它們落在複平面的何處,就能告訴你系統如何振鈴、是會穩定下來還是失控、以及快慢如何。

極點恰好是特徵多項式的根——正是齊次理論中產生自然模態 e^(rt) 的那些根。這並非巧合:位於 s = r 的極點,對響應貢獻一個行為像 e^(rt) 的項。從幾何上讀這個平面。極點的實部決定增長或衰減:實部為負表示 e^(rt) 衰減(模態消逝),實部為正表示它增長(模態失控),實部為零表示既不增也不消。極點的虛部決定振盪:非零虛部表示模態擺動,其大小就是振鈴頻率。複數極點成共軛對出現,給出衰減或增長的正弦。

這幅圖像把穩定性與自然頻率綁在一起。線性系統恰好在每個極點都嚴格落於左半平面(所有實部為負)時穩定,因為那時每個模態都衰減。極點逐漸逼近虛軸,意味著一個勉強阻尼、長久振鈴的模態;極點越入右半平面,意味著不穩定。控制工程師藉由刻意「移動」極點來設計系統——極點配置就是靠重新安放幾個數字來操縱整個行為。

H(s) = 1/(s^2 + 2s + 5) 的極點在 s^2 + 2s + 5 = 0 處,即 s = -1 ± 2i;實部 -1 給出像 e^(-t) 的衰減,虛部 ±2 給出頻率為 2 的振盪——一個穩定、會振鈴的系統。

左半平面的極點(實部 -1)意味著振鈴會消逝:系統是穩定的。

嚴格位於左半平面的極點給出穩定;位於虛軸上的極點是臨界情形——一個既不衰減也不增長的無阻尼模態——通常算作臨界穩定,而非穩定。右半平面的極點意味著不穩定。

又稱
polessystem polescharacteristic roots極點系統極點特徵根