信号与系统-时域分析-微分方程求解.茅塞顿开版

原创 云深之无迹 2024-09-21 02:12

不是原创,就是把我学习中帮助理解的东西集合在一起,我觉得这个东西我不写出来,绝对不会有人向我这样扣的细的。记录也好,复习也罢。

先说为什么我们会这个响应念念不忘?

在特定的时空中研究具体的系统,如果时空是静止的,这个世界将很难想象,所以,系统的状态通常都是时空的函数,即随着时间、空间而变化,而研究自变量和因变量变化关系的数学工具正是导数,各变量导数之间的关系受自然规律约束,即形成微分方程。所以,微分方程就概括了系统的全部,就是系统的数学结构,解出来就知道系统对外部的信号如何响应的。

  1. 零输入响应:系统固有的响应,以及没有激励进来之前的能量
  2. 零状态响应:接收外界激励
  3. 完全响应:上面两个的叠加,本身和对外界的反应
  4. 单位脉冲响应:这个就是求系统本身的响应的
  5. 受迫(强迫)响应:特解,由输入的激励信号有关系。
  6. 自然(自由,固有)响应:自然响应是全响应中所有特征模式项的组合,齐次解的函数形式仅仅依赖于系统本身的特性
  7. 特解包含了特征模式,而且即使结合初始条件也无法确定系数
出于太晚的关系,这个强迫和自由我是没有写的,反正就是学会了已经。

这里需要补充很多文章中出现的概念:

特解往往称为受迫响应;特别的解,特别在符合当下激励项的解。
齐次解往往称为自然响应,也就是系统自己带的

“初始松弛”十分形象、十分贴切,比如你要研究一个弹簧拉伸长度与受力之间的关系,通常而言,如果外力为零,弹簧就应该处于松弛的状态。

也就是系统放在哪里,没干扰的情况。

线性常系数微分方程和线性常系数差分方程往往只是输入-输出的一种约束关系,而非显式函数表示

离散时间系统的单位脉冲响应分为有限长无限长,对应的系统分别称为FIR系统IIR系统

系统的特征多项式

这个式子等于0 的时候是特征方程,里面解出来叫系统的特征根。

然后就可以表示0输入响应为:

很明显也是特征根的线性组合

模式是有e,也就是指数函数的,上面的参数才是特征根

第一步写的真装逼,其次文章里面我没有写变换域,后面会有的。

两个约束

无非就是CLR元件,就这样就写出来了

经典法很固定,谁也可以算出来,后面的激励是固定的两种才可以求解

这个就更清晰啦

一般就是解出来是这样的

这种经典时域法也叫强迫响应,因为是x(t)位置,然后就是后面的激励是幂函数和指数函数,只有唐老师说明白了为什么这样的方程可以解出来。

以上都叫受迫响应,下面是唐老师的

可以看到图表里面有1,2他们的形式一样

受迫响应,里面是没有指数函数的项的,就是上面图里面的不含有特征模式

这PPT有问题哇,写错了

所以设置成这样的特解

就是这样的

因为是2阶系统,所以有两个约束,也就是0和导数0

因为经典的时域办法只能处理这样的激励项,如果这个信号变化,后面就是要重新的计算,如果初始值也变化,也就是后面的解方程也是需要在计算的,最后这就是纯纯的数学办法,不是很好回答物理上面的直观解答。

其次,得到的是完全响应,而无法分解为由内部条件和外部条件分别引起的分量。

我觉得经典时域法应该是差不多就这样了,接下来就完成卷积法。这个想法其实非常的自然,我们的难点就是求这个外部信号带给系统的响应,我们自然想用前面的东西,卷积正好就是,使用系统的响应和激励一卷积就求出来ZS状态的响应。

卷积法

不管是什么方法,我们都是要找到0输入和0状态两个解,然后加起来就行。因为0输入是系统蕴含的特性,所以可以使用经典时域法里面的求齐次方程解的办法。

也就是这个PPT里面说的内容

这个前部分简单

一般解出来的就是这几个结果,高数书也是这样写的

难得是这个0-的部分

你觉得这个0-,是什么东西,它在0之前就有,所以是:系统对内部条件的响应,零输入响应

题里面说的就是这样的情况,就是在信号来之前,我们对系统的状态是知道的,也就是0-,初始条件。

我们来好好的理解一下这段话的核心内涵,首先要时刻知道一点,系统现在的响应的能量来自于哪里?

看第一个,如果是t=0输入的,0-的时候,肯定就是没有外部的能量干扰,然后0+的时候能量有了,外部输入就起作用了。

第二个是,一般我们指0-是初始条件,因为这结合第一个说就是,0-的时候其实就是系统原有的响应(也可以说能量,但是就方便理解,可能不多说的),也就是说题里面给的0-,是初始值的意思。

第三个,如果这个系统没有外部能量输入,那这个0-,0+是一样的,因为在0+,系统没有变化。

最后一个,全响应是有俩项的,最后激励的加入是导致0+以后系统的充能的。

所以记住一点,全响应的时候是不同的,还要知道他们两者之间的独立性

此时看题,就很明白了,要的是0输入,ZI,那初始值就是这样,直接计算就好了。

ZI的值,后面一项是为0的,所以就没有用,即使难也没有用到

这个是复根的,一共三个,完美了,全网最佳的文章出现了

接下来是ZS的求解

叽叽歪歪说了这么多的意思就是:

可以把后面的激励项和系统的响应做卷积

直接 推导好不好 

先不说里面的算法,反正就是这样的纯联系,都给你了,不卷积等什么

还记得我上篇写的东西吗?

后面的函数就是脉冲信号

最后一个,单位的冲激信号

信号与系统漫谈-基础回顾

一个线性时不变系统的特性可以完全由它的单位脉冲响应决定,这句话有两层含义:
  • 一般而言,此结论仅适用于线性时不变系统;
  • 线性时不变系统的特性完全由单位脉冲响应决定。

这个是PPT的写法,这就是教科书,你得感悟多久?知识还是没把握住

唐老师的内容分为两个部分

第一部分是对微分方程求解参数形式的限定,后者是解释了脉冲对系统的影响。第二句话很重要,是写单位脉冲的响应其实是在0-的时刻,也就是说已经影响到了0输入的值,这样就可以保证所有的初始状态都是0的情况下开始注入冲击。

但是就很快,就在0的时候搞一下,活好不粘人。接着就是系统开始消化这能量,开始响应,所以就是又开始有了系统的特征模式的组合。

这个是2.17  -  线性常系数微分方程

第一个式子很简单,就是要考虑=0的时候系统里面的事情。接着就是求解方程了,x是一个连续时间的冲击信号,f是响应,最高次的系数也简单,前面是求和符号,肯定最高就是几次求和,右边也一样,要想左右一样,肯定是系数就一样的。右边就是冲击信号的系数,也就是

也就是说明了,最后响应式子里面冲击信号的系数是可以通过这样前后匹配的方式求得,我觉得我讲明白了,不知道你有没有看明白,这可是最难的东西了。

这是是n>m,直接就是一个特征值的线性组合了

一开始PPT下面还有一个n≤m,要平衡就要多一个冲击的导数,和后面一约,就变成上面的了,这就是加一项的处理方法,其实就是个数学的恒等式,简单的咧。

判断,题要什么,是冲击响应,然后就是f和y换成响应和冲击,接着是求解方程,判断m和n的关系,代入原方程,求解。

n和m其实是N,M就是最高项的阶数,平衡状态是一一对应的


唐老师讲了这两个MN系数之间的关系和取法。

说明了系统的作用,以及MN参数对系统的影响。

再一次说了,0输入响应,就是系统自身蕴藏的能量,与外界无关。

0状态是所有都为0,就是内部的状态也是0,这个时候输入一个能量来响应。

太晚了,脑子不转了。

评论
  • 高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛,高速先生就不打算给大家上难度了,整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来,尤其对于PCB设计工程师来说,心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计,高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心!另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈,因为翻看很多以往的文章,高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦!咋滴,今天居然说孔径不关心了?别,别急哈,听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定,毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 138浏览
  • 故障现象 一辆2007款日产天籁车,搭载VQ23发动机(气缸编号如图1所示,点火顺序为1-2-3-4-5-6),累计行驶里程约为21万km。车主反映,该车起步加速时偶尔抖动,且行驶中加速无力。 图1 VQ23发动机的气缸编号 故障诊断接车后试车,发动机怠速运转平稳,但只要换挡起步,稍微踩下一点加速踏板,就能感觉到车身明显抖动。用故障检测仪检测,发动机控制模块(ECM)无故障代码存储,且无失火数据流。用虹科Pico汽车示波器测量气缸1点火信号(COP点火信号)和曲轴位置传感器信
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-23 10:46 42浏览
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 184浏览
  • 随着消费者对汽车驾乘体验的要求不断攀升,汽车照明系统作为确保道路安全、提升驾驶体验以及实现车辆与环境交互的重要组成,日益受到业界的高度重视。近日,2024 DVN(上海)国际汽车照明研讨会圆满落幕。作为照明与传感创新的全球领导者,艾迈斯欧司朗受邀参与主题演讲,并现场展示了其多项前沿技术。本届研讨会汇聚来自全球各地400余名汽车、照明、光源及Tier 2供应商的专业人士及专家共聚一堂。在研讨会第一环节中,艾迈斯欧司朗系统解决方案工程副总裁 Joachim Reill以深厚的专业素养,主持该环节多位
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:51 276浏览
  • 日前,商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表(手环)购新补贴实施方案》明确,个人消费者购买手机、平板、智能手表(手环)3类数码产品(单件销售价格不超过6000元),可享受购新补贴。每人每类可补贴1件,每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15%,每件最高不超过500元。目前,京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作,未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启,京东将第一时间率先上线,满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放,基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 230浏览
  •  万万没想到!科幻电影中的人形机器人,正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日,乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车,再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔,银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司,在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1,这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人,得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业,智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 604浏览
  • 2024年是很平淡的一年,能保住饭碗就是万幸了,公司业绩不好,跳槽又不敢跳,还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的,碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有,小问题还是有不少,这里就举一两个来说一下。第一个就是,先看下下面的这个封装,你能猜出它的引脚间距是多少吗?这种排线座比较常规的是0.6mm间距(即排线是0.3mm间距)的,而这个规格也是我们用得最多的,所以我们按惯性思维来看的话,就会认为这个座子就是0.6mm间距的,这样往往就不会去细看规格书了,所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 278浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 180浏览
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 137浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 207浏览
  • 临近春节,各方社交及应酬也变得多起来了,甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”,基本是关于2025年经济预判的话题,以及如何稳定工作等话题;但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面,他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中,我发现今年的聊天有个很有意思的“点”,挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的,还能掌握一些经济趋势的分析能力,到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情?单单就这个一个月内,我就重复了数次“为什么”,再辅以我上次写的:《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 143浏览
  •     IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式,成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件,可以查看(不可修改)IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品:Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 115浏览
  • 数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路,在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立,提高低压系统的抗干扰能力,同时还可确保高、低压系统之间的安全交互,使系统稳定工作,并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是,数字隔离芯片历经多年发展,其应用范围已十分广泛,凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么,电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 109浏览
  • 嘿,咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢,简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊,2010年的时候,是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的,目的就是想搞个新的、开放的指令集架构,能跟上现代计算的需要。到了2015年,专门成立了个RISC-V基金会,让这个架构更标准,也更好地推广开了。这几年啊,这个RISC-V的生态系统发展得可快了,好多公司和机构都加入了RISC-V International,还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 360浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦