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1、二、系统解法:零输入响应和零状态响应,一、经典解法:微分方程的求解,复习:,零输入响应:为齐次解,初始条件不跃变,即,零状态响应:令初始状态为零,即,零状态响应 = 齐次解+特解,由系数匹配法定,.2 冲激响应和阶跃响应,一、冲激响应的概念及求解,主要内容:,二、阶跃响应的概念及求解,重点:,冲激响应和阶跃响应的求解,学习 冲激响应和阶跃响应的原因:,冲激函数和阶跃函数代表了两种典型信号, 求它们引起的零状态响应是线性系统分析中 常见的典型问题;,2. 信号分解为许多冲激信号的基本单元之和或 阶跃信号之和,当要计算某种激励信号对于 系统产生的零状态响应时,可先分别计算冲 激信号或阶跃信号引起的
2、零状态响应,然后 叠加即得所需之结果。,卷积法的原理,冲激响应和阶跃响应,2.2.1 冲激响应 一线性时不变系统,当其初始状态为零时,输入为单位冲激信号(t)所引起的响应称为单位冲激响应,简称冲激响应,用h(t)表示。亦即,冲激响应是激励为单位冲激信号(t)时,系统的零状态响应。其示意图如下图所示。,冲激响应示意图,一、冲激响应,1.定义:当激励f(t)=(t)时LTI系统的零状态响应,激励f(t)=(t);,系统的零状态响应。,2.求解:,将冲激信号的作用转换为系统的初始条件, 然后求冲激响应。,思路:,冲激响应用h(t)表示。,(1)写出系统微分方程。,(2)写出微分方程的齐次解。,(3)
3、在微分方程中利用 (t)匹配的方法定初 始条件,即:h(0+),(4)将初始条件代入,确定待定系数,得到 冲激响应。,步骤:,1.冲激平衡法 冲激平衡法是指为保持系统对应的动态方程式的恒等,方程式两边所具有的冲激信号函数及其各阶导数必须相等。根据此规则即可求得系统的冲激响应h(t)。 例:已知某线性时不变系统的动态方程式为,试求系统的冲激响应h(t)。,解:根据系统冲激响应h(t)的定义,当f(t)=(t)时,即为h(t),即原动态方程式为 由于动态方程式右侧存在冲激信号(t),为了保持动态方程式的左右平衡,等式左侧也必须含有(t)。这样冲激响应h(t)必为Aetu(t)的形式。考虑到该动态方
4、程的特征方程为,解得A=2,因此,系统的冲激响应为,特征根1=-3,因此可设 ,式中A为待定系数,将h(t)代入原方程式有,2.等效初始条件法 系统冲激响应h(t)的求解还有另一种方法,称为等效初始条件法。冲激响应h(t)是系统在零状态条件下,受单位冲激信号(t)激励所产生的响应,它属于零状态响应。 例:已知某线性非时变(LTI)系统的动态方程式为 y(t)+3y(t)=2f(t),t0 试求系统的冲激响应h(t)。 解:冲激响应h(t)满足动态方程式 h(t)+3h(t)=2(t),t0,由于动态方程式右边最高次为(t),故方程左边的最高次h(t)中必含有(t),故设 因而有 将h(t)与h
5、(t)分别代入原动态方程有 解得 A=2,B=-6,3.其它方法 系统的冲激响应h(t)反映的是系统的特性,只与系统的内部结构和元件参数有关,而与系统的外部激励无关。但系统的冲激响应h(t)可以由冲激信号(t)作用于系统而求得。在以上两种求解系统冲激响应h(t)的过程中,都是已知系统的动态方程。,例2.2-1 求二阶LTI系统的冲激响应。,分析:根据冲激响应的概念,该题目隐含了以下条件:,解,例2.2-2 求二阶LTI系统的冲激响应。,解:利用系统的线性和微分性质求解,设,则,3.冲激响应的一般形式:,左边为n阶,右边为m阶的微分方程:,当n m时:,当n =m时:,h(t)具有自由响应(齐次
6、解)的形式。,h(t)有自然响应的形式并含有冲激 (t)。,2.2.2 阶跃响应 一线性非时变系统,当其初始状态为零时,输入为单位阶跃函数所引起的响应称为单位阶跃响应,简称阶跃响应,用g(t)表示。阶跃响应是激励为单位阶跃函数u(t)时,系统的零状态响应,如图2.17所示。,阶跃响应示意图,二、阶跃响应,1.定义:当激励f(t)=(t)时LTI系统的零状态响应,激励f(t)=(t);,系统的零状态响应。,阶跃响应用g(t)表示。,2.阶跃响应和冲激响应的关系:,对于同一个LTI系统,3. 阶跃响应的求法: 1)经典法; 2)从冲激响应求阶跃响应。,如果描述系统的微分方程式是 y(n)(t)+a
7、n-1 y(n-1)(t)+a1y(1)(t)+a0y(t)=bmf(m)(t)+bm-1f (m-1)(t)+b1f(1)(t)+b0f(t) , 将 代入,可求得其特解 上的特征根i(i=1,2,n)均为单根,则系统的阶跃响应的一般形式(nm)为,信号的时域分解,一、信号分解为冲激信号的叠加:, 在信号分析与系统分析时,常常需要将信号分解为基本信号的形式。这样,对信号与系统的分析就变为对基本信号的分析,从而将复杂问题简单化,且可以使信号与系统分析的物理过程更加清晰。号分解为冲激信号序列就是其中的一个实例。,任意f(t)可用无穷多个冲激函数之和(积分)表示。,二、信号分解为阶跃信号的叠加:,三、偶分量与奇分量,偶分量定义 奇分量定义 0 t 0 t,