问答题
某二阶线性非时变因果系统在三种输入e1(t)、e2(t)、e3(t)时,起始状态均相同。
问答题
当e1(t)=δ(t)时,系统的全响应r1(t)=3e-2tε(t);当e2(t)=ε(t)时,系统的全响应r2(t)=2e-tε(t)。试求系统的单位冲激响应h(t),并写出该系统的微分方程;
【正确答案】解:设系统的单位阶跃响应为g(t),零输入响应为rzi(t)。
将全响应分解为零输入响应与零状态响应之和,得:
h(t)+rzi(t)=r1(t)=3e-2tε(t),g(t)+rzi(t)=r2(t)=2e-tε(t)
将上述两式做拉氏逆变换,可得:H(s)+Rzi(s)=[*],G(s)+Rzi(s)=[*]
整理得[H(s)+Rzi(s)]-[G(s)+Rzi(s)]=[*],即:[*]
因为阶跃响应与冲激响应是一种微分关系,因此G(s)=[*]H(s),代入上式得:
[*]
所以系统的单位冲激响应为:h(t)=(2e-2t-e-t)ε(t)
同时,(s2+3s+2)Y(s)=sX(s),对等号两边式子做拉氏逆变换,可得:
[*] (Y(s)逆变换为r(t),X(s)逆变换为e(t))
则所求微分方程为:[*]
另外,本小题还有一种解法:以e1(t)-e2(t)作为激励时,则其零状态响应为r1(t)-r2(t),其中的零输入响应通过与全响应作差而抵消,因此有:
L[e1(t)-e2(t)]=L[δ(t)-ε(t)]=[*],L[r1(t)-r2(t)]=L[3e-2tε(t)-2e-tε(t)]=[*]
因此有:[*]
这样也可以求出系统的单位冲激响应h(t)及微分方程。
【答案解析】
问答题
当系统的输入为e3(t)=tε(t)-(t-1)ε(t-1),求系统的全响应。
【正确答案】由上题得h(t),即输入为δ(t)的零状态响应为:h(t)=(2e-2t-e-t)ε(t)
所以,系统零输入响应为:rzi(t)=r1(t)-h(t)=(e-2t+e-t)ε(t)
可以把e3(t)拆成e31(t)、e32(t)两部分e3(t)=e31(t)-e32(t),且有e32(t)=e31(t-1)。
又e31(t)=tε(t)=[*]ε(τ)dτ,且当输入为ε(t)时,该系统零状态响应为r2(t)-rzi(t),则:
y31(f)=[*][r2(τ)-rzi(τ)]dτ=[*](2e-2τ-e-2τ-e-τ)ε(τ)dτ
[*]
又因为e32(t)=e31(t-1),同时该系统为非时变系统,所以当输入为e32(t)时,系统零状态响应y32(t)=y31(t-1),即:y32(t)=y31(t-1)=[*]
又知输入e3(t)=e31(t)-32(t),所以当系统输入为e3(t)时,全响应为:
y3(t)=y31(t)-y32(t)+rzi(t)
[*]
【答案解析】
问答题
当系统的零输入响应等于冲激响应时,求系统的起始状态r(0-)和r'(0-)。
【正确答案】对于零输入响应有e(t)=0。
解法一:在之前求出了系统的微分方程,对该微分方程进行单边拉氏变换,可得:
s2R(s)-sr(0-)-r'(0-)+3sR(s)-3r(0-)+R(s)=0
整理,得:[*]
由前面可知,单位冲激响应的拉氏变换即为[*],与上式比较可知,欲使系统的零输入响应等于冲激响应,则可得:
[*]
解法二:从概念上理解,系统的起始状态就是零输入状态在0-时刻的值。而r'(0-)则是零输入响应求导后在0-时刻的取值,所以:
r(0-)=h(t)|t=0-=(2e-2t-e-t)ε(t)|t=0-=1,r'(0-)=h'(t)|t=0-=(-4e-2t+e-t)ε(t)|t=0-=-3
【答案解析】