利用系统函数求响应.ppt
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已知系统函数求单位脉冲响应在信号与系统中,我们经常需要求解系统的单位脉冲响应。
单位脉冲响应是指,当输入信号为单位脉冲函数(即一个时间上的单位冲激)时,系统输出的响应函数。
单位脉冲函数可以表示为:$$\delta(t)=\begin{cases}0 & t<0 \\\infty & t=0 \\0 & t>0 \\\end{cases}$$$$x(t)=\delta(t)$$而对于一个线性时不变系统,其输出可以表示为输入信号和系统单位脉冲响应的卷积形式:因此,我们需要知道系统的单位脉冲响应$h(t)$才能求解输出信号$y(t)$。
现在,我们已知系统的传递函数,如何求解$h(t)$呢?有以下三种方法:1. 直接查表法对于某些常见的系统,如一阶低通滤波器、二阶带通滤波器等,其单位脉冲响应可以通过表格得到,因此使用直接查表法即可。
2. 法式求解法对于一般的系统,我们可以通过传递函数的拉普拉斯变换公式得到系统的单位脉冲响应。
具体来说,令传递函数为$H(s)$,则其拉普拉斯变换为:$$H(s)=\frac{Y(s)}{X(s)}$$此时,由于输入信号为单位脉冲函数$x(t)=\delta(t)$,因此有:$$X(s)=1$$因此,得到单位脉冲响应的拉普拉斯变换为:接着,我们可以通过拉普拉斯反变换得到$h(t)$:需要注意的是,这种方法只适用于系统传递函数存在的情况。
如果传递函数不存在,则需要使用第三种方法。
3. 时域响应求解法对于某些系统,其单位脉冲响应可以通过时域求解方法得到,例如一阶线性微分方程、RC电路等。
对于一般的系统,我们可以将系统分解为一些易于求解的子系统,例如串联的线性时不变系统可以分解为一系列一阶系统,从而利用时域方法求解每个子系统的单位脉冲响应,最终得到整个系统的单位脉冲响应。
总之,对于求解系统的单位脉冲响应,我们可以采用直接查表法、法式求解法和时域响应求解法等方法,根据具体情况选择相应的方法进行求解。
第3章 系统的时间响应分析在建立系统的数学模型(微分方程或传递函数)之后,就可以采用不同的方法,通过系统的数学模型来分析系统的特性,时间响应分析是重要的方法之一。
第3.1节 时间响应及其组成一、时间响应的概念所谓时间响应指系统在外加激励作用下,其输出量随时间变化的函数关系。
或者说 在输入作用下,系统的输出(响应)在时域的表现形式;在数学上,就是系统的动力学方程在一定初始条件下的解。
自变量为时间t ,因变量为输出()[()]o x t y t二、时间响应的组成分析:第一、二项是由微分方程的初始条件(即系统的初始状态)引起的自由振动,即自由响应。
ω。
应该说第三项的自第三项是由作用力引起的自由振动即自由响应,其振动频率均为nω与作用力频率ω无关,由响应并不完全自由。
因为它的幅值受到F的影响,当然,它的频率n自由即在此。
第四项是由作用力引起的强迫振动即强迫响应,其振动频率即为作用力频率ω。
因此系统的时间响应可从两方面分类:按振动性质可分为自由响应与强迫响应,按振动来源可分为零输入响应(即由“无输入时系统的初态”引起的自由响应)与零状态响应(即在“无输入时的系统初态”为零而仅由输入引起的响应)Array所以我们的研究对象是:零状态响应。
另外还有两个需了解的概念:瞬态响应和稳态响应。
瞬态响应:系统在外加激励作用后,从初始状态到最终状态的响应过程称为瞬态响应。
反映了系统的快、稳特性。
稳态响应:时间趋于无穷大时,系统的输出状态为稳态响应。
反映系统的准确性。
三、系统方程的特征根影响系统自由响应的收敛性和振荡第3.2节 典型的输入信号由于系统的输入具有多样性,所以在分析和设计系统时,需要规定一些典型的输入信号,然后比较各系统对典型信号的时间响应。
不同系统或参数不同的同一系统对同一典型信号的时间响应不同,反映出各种系统动态特性的差异,从而可以定出相应的性能指标,对系统的性能予以评定。
尽管在实际中,输入信号很少是典型信号,但由于系统对典型信号的时间响应和对任意信号的时间响应之间存在一定的关系统,所以知道系统对典型信号的响应就可求出对任意输入的响应。