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自动控制中 为什么要从时域傅里叶变化到频域 研究频域?

2017-11-14 15:11阅读:
知乎上看到的非高票回答:
第一次回答知乎的问题,手机码字。因为现在的毕业课设跟这个问题有点关系,所以尝试回答一下。时域和频域的区别在于你能直观的看到不同的信息,比如时域下我们能直观的看到一个信号在某个时刻发生了变化,从1变为0或者25变成38,但是我们没法看出来这个信号可以由哪些其他波形合成(滤波器就是将一个信号中我们不需要的波形滤除,设计滤波器之前我们需要知道滤除哪些波形)。
时域和频域之间最著名的变化是傅立叶变换,它将时域信号分解为一个个正弦和余弦的波形。傅立叶的公式不好理解,之所以将信号分解为正弦和余弦函数,是因为正弦余弦函数存在正交性,就是sinnw与sinmw、costw是垂直的,(正如我们将一个二维信号分解到x和y轴,一个三维信号分解到x、y、z轴上一样,这几个轴是垂直的,x轴上的值发生变化不会影响y轴上的值),这样分解过后的正余弦波形相互之间没有影响,我去除一个频率的波形或者增加减少这个频率波形的值,不会影响到其他频率的波。我们在频域上做完我们想要的操作后,再将其转换到时域上,就可以得到我们想要的信号。
这也是我听大神给我讲解的概念,对傅立叶豁然开朗。
作者:葱头
链接:https://www.zhihu.com/question/23423272/answer/48817380
来源:知乎
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”正弦余弦函数存在正交性,就是sinnw与sinmw、costw是垂直的,(正如我们将一个二维信号分解到x和y轴,一个三维信号分解到x、y、z轴上一样,这几个轴是垂直的,x轴上的值发生变化不会影响y轴上的值),这样分解过后的正余弦波形相互之间没有影响,我去除一个频率的波形或者增加减少这个频率波形的值,不会影响到其他频率的波。”关于这里不太能理解,想问一下那本书上可以找到这个知识我好去看一下。 答:
没有什么书上有讲,是师弟看斯坦福大学公开课上外国人讲课的思路。你可以这样理解,傅立叶把一个信号分解为无数个正弦余弦波,任何一个正弦或者余弦波和其他的正余弦波都是垂直的(可以看本科高数书上的正余弦的正交性),垂直意味着相互之间不会干扰,就像二维坐标里一个点(x,y),x的变化不会
影响y的值。这样分解完过后,正余弦前面还有一个系数,an或者bn,相当于分解到这个轴上的幅值。假设一个波傅立叶分解为2sinwt➕3coswt(还有2wt 3wt…)相当于在wt这个坐标系中,sin轴上的幅值为2,cos轴上的幅值为3。只需要对这个幅值进行加减,就相当于对时域里某个基波进行处理(wt为基波,2wt为2次谐波…)。
答2:
其实简单的就是一句话,对傅里叶分解结果中的任意一个频率分量的信号进行操作,不会改变任意其他频率分量的信号。因为其他项均为不同频率的信号的相乘并从-pi到pi积分,而这由正交性得必定为0.
而只有相同频率同为正弦或者余弦相乘积分才会不等于0,从而使得改变此频率分量的amplitude得以成功。

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