Heaviside-functie

Schematische voorstelling Heaviside-functie

De heaviside-functie of heaviside-stapfunctie ${\displaystyle H}$ is een stapfunctie, opgesteld door de Engelse ingenieur Oliver Heaviside, die gedefinieerd wordt als:

${\displaystyle H(x)={\begin{cases}0&{\mbox{voor }}x<0\\\\1&{\mbox{voor }}x\geq 0\end{cases}}}$

In plaats van ${\displaystyle H(x)}$ schrijft men ook wel ${\displaystyle 1(x),\Theta (x)}$ of soms ${\displaystyle \Gamma (x)}$ (waar dit geen verwarring oplevert met de gammafunctie).

In de systeemtheorie is de notatie ${\displaystyle u(t)}$ gebruikelijk.

De heaviside-functie kan beschouwd worden als de integraal van de dirac-impuls ${\displaystyle \delta (t)\ }$:

${\displaystyle H(x)=\int _{-\infty }^{x}\delta (t)\,\mathrm {d} t}$

Deze functie wordt bij integraaltransformaties en regeltechniek gebruikt.

Gebruik bij stuksgewijs gedefinieerde functies

Een verschil van twee heaviside-functies kan worden gebruikt om een bloksignaal te definiëren (Puls) :

${\displaystyle H(x)-H(x-a)={\begin{cases}1&{\mbox{voor }}0\leq x<a\\\\0&{\mbox{voor }}x<0\ en\ x\geq a\end{cases}}}$

Dit laat toe stuksgewijs gedefinieerde functies in één regel te schrijven, waardoor ze in een geschikte vorm staan om te worden omgezet door de laplacetransformatie. Neem bijvoorbeeld het signaal

${\displaystyle f(t)={\begin{cases}0&{\mbox{voor }}t<0\\\\{\tfrac {1}{2}}t&{\mbox{voor }}0\leq t<4\ {\mbox{en}}\\\\2&{\mbox{voor }}t\geq 4\end{cases}}}$

Dit kan worden geschreven als :

${\displaystyle f(t)={\tfrac {1}{2}}t\ [H(t)-H(t-4)]+2H(t-4)}$

Met behulp van

${\displaystyle {\mathcal {L}}\{H(t-a)\}(s)={\tfrac {1}{s}}e^{-as}}$

en

${\displaystyle {\mathcal {L}}\{tf(t)\}(s)=-F'(s)}$

volgt de laplace-getransformeerde:

${\displaystyle F(s)={\frac {1-e^{-4s}}{2s^{2}}}}$

Alternatief

Uit symmetrie-overwegingen wordt voor de waarde voor ${\displaystyle x=0}$ ook wel ½ gekozen (of zelfs onbepaald gelaten, waar deze niet belangrijk is):

${\displaystyle H(x)={\begin{cases}0&{\mbox{voor }}x<0\\{\frac {1}{2}}&{\mbox{voor }}x=0\\1&{\mbox{voor }}x>0\end{cases}}}$