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时域分析的主要知识脉络(之三)——系统的时域分析方法

 goandlove 2017-10-20

说明:

    只从总体上归纳,目的是帮助大家迅速建立起对整个课程的框架结构的认知。而不纠结于细节问题,具体细节问题、重点及难点问题,后面再另外作为专题来讲解,还需要配合大量的习题练习。


系统的时域分析方法总结 来自信号与系统和数字信号处理 12:27


音频提纲:

  

        系统的时域分析可以归纳为两个大问题,如图1所示。

图1

一、方程的建立

    即用数学模型来描述系统,连续时间系统用微分方程,离散时间系统用差分方程。我们的研究对象为LTI(线性时不变)系统,所以描述系统的方程为常系数线性微分/差分方程。这部分内容不是重点。

 

二、响应的求解及分析

包括四个方面:

    1、零输入响应

    2、单位冲激响应h(t)/单位样值响应h(n)

    3、零状态响应

    4、响应模式分析

下面讲以下几个问题:

第一,

    时域分析的两大前提:第一个前提,任意信号可以分解为冲激信号和(这部分不展开讲,见图2);第二个前提,讨论的系统具有线性时不变系统,故系统响应可分解为零输入响应与零状态响应之和,零状态响应又可表示为冲激响应的和。简言之,就是“信号的分解,响应的合成”。

图2


第二,关于零时刻:

零时刻:开始研究系统的时刻,也即是激励加入的时刻。0-时刻:激励加入之前的瞬时、0+时刻:激励加入之后的瞬时。

    0-状态:0-时刻系统的状态;0+状态:0+时刻系统的状态。

起始点的跳变——从0-0+状态的转换,是一个难点问题。可以参看郑君里教材。

 

第三,响应的求解也就是方程的求解。

    高数中学习过的微分方程的求解方法(经典法):全解(全响应)=齐次解+特解。

    全响应=零输入响应+零状态响应。

    这两者有和区别与联系?

    零输入响应、零状态响应:是从“是谁来产生/引起这部分响应”这个角度来分。零输入响应,是输入为零,由系统的初始储能产生的响应;零状态响应,是系统初始储能为零,由外加激励产生的响应。

    齐次解、特解:是从“响应模式的形式由谁决定”这个角度来分。齐次解的函数形式只与系统本身特性有关,称为系统的自然响应;特解的函数形式由外加激励信号的形式决定,称为系统的强迫响应。

    关于这部分,也是一个难点,我们后面会有一个专题,结合例题来讨论。

 

 第四,单位冲激响应/单位样值响应

    是特殊的零状态响应,特殊在哪呢?系统初始储能为零,仅由单位冲激信号所产生的响应。

    求解方法:连续系统,用冲激平衡法;离散系统,用递推法。

 

第五,响应的时域求解方法不是重点(这里讲的系统响应的求解,也都可以用拉氏变换、z变换的方法求解),但是难点。


下期预告:

连续时间信号与系统的频域分析


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