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逆変換 — 部分分数分解

2026年10月15日1分で読めますAI生成教科書『基礎理論』第2章 ラプラス変換

AI 生成・木下が未勉強

制御工学入門 第2章 §2.3

伝達関数 F(s)=N(s)/D(s)F(s)=N(s)/D(s)(真分数)の逆変換は、部分分数分解して上表の対に帰着させる。

手順:部分分数による逆ラプラス変換

  1. 分母 D(s)D(s) を因数分解し、極(根)を求める。
  2. 各極ごとに部分分数を立てる:単純極 As−p\dfrac{A}{s-p}、重極 A1s−p+A2(s−p)2\dfrac{A_1}{s-p}+\dfrac{A_2}{(s-p)^2}、複素共役極は As+B(s+a)2+ω2\dfrac{As+B}{(s+a)^2+\omega^2} のまま残す。
  3. 係数を求める(単純極は留数 A=lim⁡s→p(s−p)F(s)A=\lim_{s\to p}(s-p)F(s))。
  4. 各項を変換対で逆変換して和をとる。複素極は減衰正弦になる。

例題 2.1(演習2.1(逆ラプラス変換))

オリジナルF(s)=s+3(s+1)(s+2)F(s)=\dfrac{s+3}{(s+1)(s+2)} の逆変換 f(t)f(t) を求めよ。

解答

s+3(s+1)(s+2)=As+1+Bs+2\dfrac{s+3}{(s+1)(s+2)}=\dfrac{A}{s+1}+\dfrac{B}{s+2}。A=lim⁡s→−1(s+1)F=−1+3−1+2=2A=\lim_{s\to-1}(s+1)F=\dfrac{-1+3}{-1+2}=2、B=lim⁡s→−2(s+2)F=−2+3−2+1=−1B=\lim_{s\to-2}(s+2)F=\dfrac{-2+3}{-2+1}=-1。よって

f(t)=2e−t−e−2t(t≥0).f(t)=2\mathrm{e}^{-t}-\mathrm{e}^{-2t}\quad(t\ge0).

極 s=−1,−2s=-1,-2 がともに左半面(負)なので f(t)→0f(t)\to0、すなわち安定な応答である(極の位置が挙動を決めるという第5章の伏線)。

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