连续时间系统的时域分析.ppt

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1、第二章连续系统的时域分析系统的数学模型微分方程的经典解法零输入响应冲激响应卷积积分与零状态响应§1微分算子及其特性定义则：对于算子方程：其含义是：微分算子的主要特性微分算子不是代数方程，而是算子记法的微积分方程。式中算子与变量不是相乘，而是一种变换。Ｐ多项式的算子可以像代数量那样进行乘法运算，也可以像代数式那样进行因式分解的运算。算子方程两边的公共因子一般不允许消去。如：但：但在某种情况下公共因子可以消去，如：但简单的如：但微分算子的主要特性转移算子：H(p)把激励和响应联系起来，故它可以完整地描述系统。即：若：，则系统

2、的自然频率(特征根)：的根为系统的自然频率或特征根。算子阻抗：对电感：Lp——算子阻抗对电容：——算子阻抗引入了算子阻抗后，网络的微分方程可以通过电路分析课程的分析方法列出。如网孔法、节点法、叠加定理、戴维南定理等。例1列出电路的微分方程，变量为i2。解：网孔方程为：故，微分方程为：例2求如图所示电路的转移算子：解：用节点方程可求得：§2微分方程的经典解法全响应＝齐次解(自由响应)＋特解(强迫响应)齐次解：写出特征方程，求出特征根（自然频率或固有频率）。根据特征根的特点，齐次解有不同的形式。一般形式（无重根）：特解：根据

3、输入信号的形式有对应特解的形式，用待定系数法确定。在输入信号为直流和正弦信号时，特解就是稳态解。用初始值确定积分常数。一般情况下，n阶方程有n个常数，可用个n初始值确定。为特征根例1描述某线性非时变系统的方程为试求：当时的全解。解：(1)求齐次解，特征根为：(2)求特解：设特解为：将上式代入原微分方程，得：即：比较系数可得：解之：全解的通解为：将初始条件代入上式，得：自由响应强迫响应故，全解为：全响应=零输入响应+零状态响应零输入响应的求法与齐次解一样为特征根由初始值确定零状态响应的求法与求非齐次方程一样为特征根由零状态

4、初始值确定例2描述某线性非时变系统的方程为试求：当时的零输入响应和零状态响应。解：(1)零输入响应，特征根为：(2)零状态响应：特解求法同例1，将初始条件代入上式，得：代入初始值，得解得齐次微分方程：D(p)r(t)=0，特征方程：D(p)=0零输入响应的一般形式设系统为零输入e(t)=0时，即D(p)r(t)=0若无重根：若有K阶重根，即：例3已知系统的转移算子，初始条件为,试求系统的零输入响应rzi(t)。并画出草图。解：令得：代入初值得：解得：故：例4已知系统的转移算子，初始条件为,试求系统的零输入响应rzi(t)

5、。并画出草图。解：令得：代入初值得：解得：关于初始状态的讨论0－状态和0＋状态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。各种响应用初始值确定积分常数的区别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。关于初始状态的讨论从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

6、没有跳变决定于微分方程右端自由项是否包含(t)及其各阶导数。如果包含有(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。见有关参考资料。求0＋状态的值还可以用拉普拉斯变换中的初值定理求出，见第5章内容。课堂练习题2-1已知系统的微分方程为，且初始条件为y(0)=3和y’(0)=4。求系统的自由响应、强迫响应、零输入响应、零状态响应及全响应。并弄清楚几种响应之间的关系。§3冲激响应和阶跃响应冲激响应的求法直接求解法间接求解法转移算子法阶跃响应的求法

7、是冲激响应的积分冲激响应直接求解法输入信号为单位冲激函数时系统的零状态响应，称为冲激响应。用h(t)表示。若一阶系统为冲激响应为：t>0+后冲激响应与零输入响应的形式相同将h(t)代入原方程：即：故：若一阶系统为冲激响应为：比较系数：故：冲激响应直接求解法对于n阶系统为当n>m时：当n=m时：当n

8、法对于n阶系统(无重根情况)：冲激响应还可以用拉普拉斯变换的方法求得。当n>m时：当nm时：再按部分分式展开。阶跃响应输入信号为单位阶跃函数时系统的零状态响应，称为阶跃响应。用r(t)表示。阶跃响应的形式阶跃响应与冲激响应的关系：对于n阶系统：特解为，齐次解的确定与冲激响应类似。当n