连续系统与离散系统的时域分析

LTI连续时间系统的响应

微分方程的经典解 (差分方程的解法也与此类似下文不过多赘述)
一般而言,如果单输入----输出系统的激励为f(t),响应为y(t),则描述LTI连续系统激励与响应之间的数学模型是N阶常系数线性微分方程。
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关于0+和0-初始值

0-状态称为零输入时的初始状态,即初始值是由系统的储能产生的;
0+状态称为加入输入后的初始状态,即初始值不仅有系统的储能,还受激励的影响。
从0-状态到0+状态的跃变:当系统已经用微分方程表示时,系统的初始值从0-状态到0+状态有没有跳变决定于微分方程右端自由项是否包含δ(t)及其各阶导数;如果包含有δ(t)及其各阶导数,说明相应的0-状态到0+状态发生了跳变。
0+状态的确定:已知0-状态求0+状态的值,可用冲激函数匹配法;求0+状态的值还可以用拉普拉斯变换中的初值定理求出。
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各种响应用初始值确定积分常数:
在经典法求全响应的积分常数时,用的是0+状态初始值;
在求系统零输入响应时,用的是0-状态初始值;
在求系统零状态响应时,用的是0+状态初始值,这时的零状态是指0-状态为零。
冲激函数匹配法:
目的:用来求解初始值,求(0+)和(0-)时刻值的关系;
应用条件:如果微分方程右边包含δ(t)及其各阶导数,那么(0+)时刻的值不一定等于(0-)时刻的值;
原理:利用t=0时刻方程两边的δ(t)及各阶导数应该平衡的原理来求解(0+)。

零输入和零状态响应及全响应

以微分方程为例,差分方程与此类似
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
来个例子乐呵乐呵吧!
在LTI系统中:
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典例走一波!!!
在LTI系统中
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典例:在LTI系统中:

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系统响应划分:
自由响应(Natural)+强迫响应(forced);
暂态响应(Transient)+稳态响应(Steady-state);
零输入响应(Zero-input)+零状态响应(Zero-state)。
零输入响应是自由响应的一部分,零状态响应有自由响应的一部分和强迫响应构成 。

零输入响应:没有外加激励信号的作用,只有起始状态所产生的响应;
零状态响应:不考虑起始时刻系统储能的作用,由系统外加激励信号所产生的响应;
LTI的全响应:y(t) = yx(t) + yf(t)。
1)零输入响应,即求解对应齐次微分方程的解:
当特征方程的根(特征根)为n个单根(不论实根、虚根、复数根)λ1,λ2, …,λn时,则yx(t)的通解表达式为:
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当特征方程的根(特征根)为n个重根(不论实根、虚根、复数根) λ1=λ2=…=λn时,yx(t)的通解表达式为:
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步骤总结:
求系统的特征根,写出yx(t)的通解表达式;
由于激励为零,所以零输入的初始值:在这里插入图片描述
,确定积分常数C1、C2、…、Cn;
将确定出的积分常数C1、C2、…、Cn代入通解表达式,即得yx(t)。
2)零状态响应,即求解对应非齐次微分方程的解:
基本步骤:
求系统的特征根,写出的通解表达式yfh(t);
根据f(t)的形式,确定特解形式,代入方程解得特解yfp(t);
求全解,若方程右边有冲激函数(及其各阶导数)时,根据冲激函数匹配法求得在这里插入图片描述
确定积分常数C1、C2、…、Cn;
将确定出的积分常数C1、C2、…、Cn代入全解表达式,即得。

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