第8节 冲激响应表示的系统特性
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更新于2008-05-16 13:59:19

冲激响应表示的系统特性

  • 级联系统的冲激响应
  • 并联系统的冲激响应
  •  因果系统
  • 稳定系统

一、级联系统的冲激响应

根据卷积积分的结合律性质,有

结论:

  • 级联系统的冲激响应等于两个子系统冲激响应的卷积。


  • 交换两个级联系统的先后连接次序不影响系统总的冲激响应。



    两个离散时间系统的级联也有同样的结论。

二、并联系统的冲激响应

应用卷积积分的分配律性质,有

结论:

并联系统的冲激响应等于两个子系统冲激响应之和。

两个离散时间系统的并联也有同样的结论。

例1 求图示系统的冲激响应,其中h1(t) = e-3t u(t),h2(t) =h3(t) = u(t)。  
       

解:
       子系统h1(t)h2(t) 级联, h3(t)支路与h1(t) h2(t) 级联支路并联。
       

例2 求图示系统的单位脉冲响应,其中h1[k] =2ku[k], h2[k] = h3[k] = 3ku[k], h4[k] = u[k]。

      

解:
子系统h2[k]h3[k] 级联,h1[k]支路、全通支路与h2[k] h3[k] 级联支路并联,再与h4[k]级联。

全通支路满足
全通离散系统的单位脉冲响应为单位脉冲序列

三、因果系统

定义:因果系统是指系统t0时刻的输出只和t0时刻及以前的输入信号有关。

             LTI系统因果的充分必要条件

  • 因果连续时间LTI系统的冲激响应必须满足


  • 因果离散时间LTI系统的单位脉冲响应必须满足

例3 判断M1+M2+1点滑动平均系统是否为因果系统。

解:

M1+M2+1点滑动平均系统的输入输出关系为




系统的单位脉冲响应为

显然,只有当M1 = 0时,才满足 h[k]=0,k<0 的充要条件。即当M1 = 0时,系统是因果的。

四、稳定系统

定义:若系统对任意的有界输入其输出也有界,则称该系统是稳定系统。(BIBO稳定)

LTI系统稳定的充分必要条件

  • 连续时间LTI系统稳定的充分必要条件是


  • 离散时间LTI系统稳定的充分必要条件是

例4 判断M1+M2+1点滑动平均系统是否稳定。

解: 由例3可知,系统的单位脉冲响应为



h[k]求和,可得

由离散时间LTI系统稳定的充分必要条件可以判断出该系统稳定。

例5 已知一因果LTI连续系统的冲激响应为h(t) = eat u(t),判断该系统是否稳定。

解:由于

综合例题

1. 已知某连续因果LTI系统的微分方程为



求: (1)零输入响应yx(t) 

      (2) 冲激响应h(t)、零状态响应y

      (3)完全响应、暂态响应、稳态响应、固有响应、 强迫响应

      (4)判断该系统是否稳定。

解:(1) 系统的特征方程为   

       特征根为 s1 = -3, s2 = -4(两不等实根) 

       零输入响应为

       代入初始状态y(0-) , y'(0-)
     
     

     系统的零输入响应为

解:(2)      
  
         

利用冲激平衡法可求出    C =1     D = -1

系统的零状态响应
              

解:(3)
        

系统的固有响应为
            强迫响应为
系统的稳态响应为
            暂态响应为

解:(4)
        

该系统为稳定系统

2. 已知某离散因果LTI系统的差分方程为

         

求: (1)零输入响应yx[k] 

      (2)单位脉冲响应h[k]、零状态响应 yf[k]

      (3)完全响应、暂态响应、稳态响应、固有响应、 强迫响应

      (4)判断该系统是否稳定。

解: (1) 系统的特征方程为 r2 – 3r + 2 = 0

                特征根为                  r1 = 1, r2 =

                零输入响应为

               代入初始状态          y[-1], y[-2]

                                      

                解得                 A = -1 B = 8 

               系统的零输入响应为

:(2)
     

      解得     C = -1 D = 2

    

      系统的零状态响应

      

解: (3)
       

系统的固有响应为 
            强迫响应为
系统的稳态响应为 
           暂态响应为

解: (4)

         

该系统为不稳定系统

 

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