关于信号与系统里微分方程初值条件选择

原创 云深之无迹 2024-11-29 23:56

最近这个信号与系统学的也是略有小成,赶紧复习一下,以及我也挺鄙视现在的教科书,全是我不爱看的(小装一手B)。{这篇文章写了太久了,根本没有办法再拾起来把后面的补上,先发出来吧}

信号与系统-时域分析-微分方程求解.茅塞顿开版

信号与系统的书籍都一样,一开始就写关于一些系统的概念。但是最难的部分一定是微分方程求解这一部分,我之前写过一次,但是还是没有那种水到渠成的自然感觉,这次不一样了。

书里面写的不精炼,也写的不清楚。(事实上我不如教科书)

先明确一点就是,微分方程的求解是一个绕不开的坎,只能搞懂。

有俩大类,4种求解:

  • 零输入响应: 系统在没有外部输入的情况下,仅由初始状态(如电容的初始电压、电感的初始电流等)引起的输出响应。反映了系统内部能量的衰减或振荡过程,与系统的初始状态密切相关。

  • 零状态响应: 系统在初始状态为零的情况下,仅由外部输入引起的输出响应。反映了系统对外部输入的反应,与系统的传递函数密切相关。

  • 完全响应: 系统的完全响应是零输入响应和零状态响应的叠加。包含了系统的所有特性。

  • 冲激响应: 系统对单位冲激信号的响应。是系统的一个基本特性,完全表征了系统的动态特性。

  • 阶跃响应: 系统对单位阶跃信号的响应。更直观地反映了系统的动态特性,如上升时间、峰值时间、超调量等。

一大类是求解

0输入,就是自己内在原有的。0状态指的是能量注入的时刻,所以这里的状态指系统的能量的时间。初始值通常是指系统状态变量在t=0时刻的值。

至于下面两个给系统注入不同能量的形式。

接下来继续说,因为一些系统本身就自带能量,初始状态的存在: 系统在t=0时刻可能具有非零的初始状态(如电容的初始电压、电感的初始电流),这些初始状态会引起系统的输出。

如果零输入响应随着时间趋于零,则说明系统是稳定的;否则,系统是不稳定的。也就是说能量会逐步的释放掉。

想象一个秋千。当你用力推一下秋千后松手,秋千就会荡起来。这个时候,没有外力作用在秋千上,秋千的摆动就是一种零输入响应。秋千最终会停下来,这是因为空气阻力等因素消耗了秋千的能量。

在电路中, 电容和电感就像秋千一样,它们可以存储能量。当电路中没有外加电压或电流时,这些存储的能量就会逐渐释放,导致电路产生一个衰减的响应,这就是零输入响应。

阶跃响应是一般系统在输入在极短时间内从零变为一时输出的时间行为

这里讲的是:阶跃响应指当一个线性时不变系统(LTI系统)的输入是一个单位阶跃函数时,系统的输出响应。

换句话说,就是当我们给系统一个突然的、持续的输入时,系统如何反应。

阶跃响应可以反映系统的很多特性:(我们测试运放其实就是这样干的)

  1. 上升时间: 系统输出从10%上升到90%所需的时间。

  2. 峰值时间: 系统输出达到第一个峰值的时间。

  3. 峰值超调量: 系统输出的最大值与稳态值之差,反映了系统的振荡程度。

  4. 调节时间: 系统输出进入并保持在某个误差范围内的最短时间。


阶跃响应的数学表达式通常比冲激响应简单,而且更容易测量。这样一来,我们现实的工程就好用了

想象一下,你给一个水桶注水。刚开始水位上升很快,然后逐渐变慢,最后水位稳定下来。这个过程就类似于一个系统的阶跃响应。通过观察水位的变化,我们可以了解这个水桶的特性,比如它的容积、漏水速度等。

冲激响应反映了系统对一个极短的、能量无限大的脉冲信号的反应,它包含了系统的所有动态特性。

他们俩者互相对偶:

互为变换: 冲激响应是阶跃响应的导数,而阶跃响应是冲激响应的积分。

信息含量: 冲激响应包含了更多的信息,因为冲激信号包含了所有频率成分。阶跃响应则相对来说丢失了一些高频信息。

冲激响应 好比给一个静止的池塘扔一块石头,水面产生的波纹就是冲激响应。

阶跃响应 好比给一个水池不断注水,水位的变化就是阶跃响应。

上面都好说也都好理解,真正难得问题还是解方程要用哪个条件。

我们要以时间节点分,就好像求导数一样。- 0 +

-的时候有着系统内部的能量。也叫历史信息,这个时候可以认为系统已经稳定。里面有着个电容的电压和电感的电流值。这个时刻可以确定t0-的系统响应和响应的各阶导数。另外,电容是开路,电感是短路 这里还蕴含着一个所谓的换路定理。

0的时候就是外部的能量引入了。在t0+的时候,储能的连贯性,电压和电流都不会突变的。+ = -

也是就说Vc(0+)=Vc(0-),iL(0+)=iL(0-),那这个时候的系统响应就是两部分了,一开始有的能量和现在新注入的。

由于外加激励让系统改变了,系统的初始值与初始状态不一样了。那这样就只能使用初始值不能用初始状态了。就是只能使用外部激励了,内部因为这个激励已经变了,就是电压电流都变了,不确定了。

系统的初始值=0输入+0状态。(注意里面都是有各阶导数的)

在0输入的情况下,且系统的内部结构和参数不变,有全部连等的成立。

我想说的是,抓住这个量有没有变换,0输入就好像一个水杯,如果系统变换,我们就不知道杯子里面的东西有多少了,其实我们就是追求可控,只有知道具体的量才能列等式计算求解。核心思想是这样的。

所以就是看这个激励信号对初始值和初始状态的影响。

0输入响应是齐次方程的解。

0输入响应的形式与系统的结构和参数有关,而这个待定系数的大小要由系统的0+的值和相关的导数有关。

在0输入条件下,只要内部的结构和参数不变化,

0输入响应是齐次方程的解,但不是系统的齐次解。

当我们将系统的输入置为零时,所得到的输出就是零输入响应。齐次方程是指等号右侧为零的方程。将描述系统的微分方程的输入项置为零时,得到的方程就是一个齐次方程。

系统的齐次解: 系统的齐次解是指齐次方程的通解,它反映了系统本身的固有特性。因为零输入响应是在输入为零的情况下得到的,而输入为零恰好对应着齐次方程。

零输入响应不是系统的齐次解: 因为系统的齐次解是一个函数族,而零输入响应是这个函数族中满足初始条件的一个特定解。也就是说,零输入响应是齐次解的一个特例,而不是整个齐次解。

求这个,0输入响应

OK,A怎么求?

因为求的是0输入,所以就是之前的能量等于现在现在的输入,因为在0时刻没有突变。

OK

一般到二阶就够了,使用这个表就可以求解了

其实就是因为解方程缺东西,按照抽象的物理模型考虑外面的能量到底有没有和来以前的状态做比较。以后不说大话了,确实是不如教科书。

评论
  • 戴上XR眼镜去“追龙”是种什么体验?2024年11月30日,由上海自然博物馆(上海科技馆分馆)与三湘印象联合出品、三湘印象旗下观印象艺术发展有限公司(下简称“观印象”)承制的《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕。该体验项目将于12月1日正式对公众开放,持续至2025年3月30日。双向奔赴,恐龙IP撞上元宇宙不久前,上海市经济和信息化委员会等部门联合印发了《上海市超高清视听产业发展行动方案》,特别提到“支持博物馆、主题乐园等场所推动超高清视听技术应用,丰富线下文旅消费体验”。作为上海自然
    电子与消费 2024-11-30 22:03 66浏览
  • 学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&
    youyeye 2024-11-30 14:30 58浏览
  • 在电子技术快速发展的今天,KLV15002光耦固态继电器以高性能和强可靠性完美解决行业需求。该光继电器旨在提供无与伦比的电气隔离和无缝切换,是现代系统的终极选择。无论是在电信、工业自动化还是测试环境中,KLV15002光耦合器固态继电器都完美融合了效率和耐用性,可满足当今苛刻的应用需求。为什么选择KLV15002光耦合器固态继电器?不妥协的电压隔离从本质上讲,KLV15002优先考虑安全性。输入到输出隔离达到3750Vrms(后缀为V的型号为5000Vrms),确保即使在高压情况下,敏感的低功耗
    克里雅半导体科技 2024-11-29 16:15 118浏览
  • RDDI-DAP错误通常与调试接口相关,特别是在使用CMSIS-DAP协议进行嵌入式系统开发时。以下是一些可能的原因和解决方法: 1. 硬件连接问题:     检查调试器(如ST-Link)与目标板之间的连接是否牢固。     确保所有必要的引脚都已正确连接,没有松动或短路。 2. 电源问题:     确保目标板和调试器都有足够的电源供应。     检查电源电压是否符合目标板的规格要求。 3. 固件问题: &n
    丙丁先生 2024-12-01 17:37 53浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2024-12-02 10:40 47浏览
  • 最近几年,新能源汽车愈发受到消费者的青睐,其销量也是一路走高。据中汽协公布的数据显示,2024年10月,新能源汽车产销分别完成146.3万辆和143万辆,同比分别增长48%和49.6%。而结合各家新能源车企所公布的销量数据来看,比亚迪再度夺得了销冠宝座,其10月新能源汽车销量达到了502657辆,同比增长66.53%。众所周知,比亚迪是新能源汽车领域的重要参与者,其一举一动向来为外界所关注。日前,比亚迪汽车旗下品牌方程豹汽车推出了新车方程豹豹8,该款车型一上市就迅速吸引了消费者的目光,成为SUV
    刘旷 2024-12-02 09:32 54浏览
  • 国产光耦合器因其在电子系统中的重要作用而受到认可,可提供可靠的电气隔离并保护敏感电路免受高压干扰。然而,随着行业向5G和高频数据传输等高速应用迈进,对其性能和寿命的担忧已成为焦点。本文深入探讨了国产光耦合器在高频环境中面临的挑战,并探索了克服这些限制的创新方法。高频性能:一个持续关注的问题信号传输中的挑战国产光耦合器传统上利用LED和光电晶体管进行信号隔离。虽然这些组件对于标准应用有效,但在高频下面临挑战。随着工作频率的增加,信号延迟和数据保真度降低很常见,限制了它们在电信和高速计算等领域的有效
    腾恩科技-彭工 2024-11-29 16:11 105浏览
  • 《高速PCB设计经验规则应用实践》+PCB绘制学习与验证读书首先看目录,我感兴趣的是这一节;作者在书中列举了一条经典规则,然后进行详细分析,通过公式推导图表列举说明了传统的这一规则是受到电容加工特点影响的,在使用了MLCC陶瓷电容后这一条规则已经不再实用了。图书还列举了高速PCB设计需要的专业工具和仿真软件,当然由于篇幅所限,只是介绍了一点点设计步骤;我最感兴趣的部分还是元件布局的经验规则,在这里列举如下:在这里,演示一下,我根据书本知识进行电机驱动的布局:这也算知行合一吧。对于布局书中有一句:
    wuyu2009 2024-11-30 20:30 80浏览
  • 艾迈斯欧司朗全新“样片申请”小程序,逾160种LED、传感器、多芯片组合等产品样片一触即达。轻松3步完成申请,境内免费包邮到家!本期热荐性能显著提升的OSLON® Optimal,GF CSSRML.24ams OSRAM 基于最新芯片技术推出全新LED产品OSLON® Optimal系列,实现了显著的性能升级。该系列提供五种不同颜色的光源选项,包括Hyper Red(660 nm,PDN)、Red(640 nm)、Deep Blue(450 nm,PDN)、Far Red(730 nm)及Ho
    艾迈斯欧司朗 2024-11-29 16:55 150浏览
  • 国产光耦合器正以其创新性和多样性引领行业发展。凭借强大的研发能力,国内制造商推出了适应汽车、电信等领域独特需求的专业化光耦合器,为各行业的技术进步提供了重要支持。本文将重点探讨国产光耦合器的技术创新与产品多样性,以及它们在推动产业升级中的重要作用。国产光耦合器创新的作用满足现代需求的创新模式新设计正在满足不断变化的市场需求。例如,高速光耦合器满足了电信和数据处理系统中快速信号传输的需求。同时,栅极驱动光耦合器支持电动汽车(EV)和工业电机驱动器等大功率应用中的精确高效控制。先进材料和设计将碳化硅
    克里雅半导体科技 2024-11-29 16:18 149浏览
  • By Toradex胡珊逢简介嵌入式领域的部分应用对安全、可靠、实时性有切实的需求,在诸多实现该需求的方案中,QNX 是经行业验证的选择。在 QNX SDP 8.0 上 BlackBerry 推出了 QNX Everywhere 项目,个人用户可以出于非商业目的免费使用 QNX 操作系统。得益于 Toradex 和 QNX 的良好合作伙伴关系,用户能够在 Apalis iMX8QM 和 Verdin iMX8MP 模块上轻松测试和评估 QNX 8 系统。下面将基于 Apalis iMX8QM 介
    hai.qin_651820742 2024-11-29 15:29 147浏览
  • 光耦合器作为关键技术组件,在确保安全性、可靠性和效率方面发挥着不可或缺的作用。无论是混合动力和电动汽车(HEV),还是军事和航空航天系统,它们都以卓越的性能支持高要求的应用环境,成为现代复杂系统中的隐形功臣。在迈向更环保技术和先进系统的过程中,光耦合器的重要性愈加凸显。1.混合动力和电动汽车中的光耦合器电池管理:保护动力源在电动汽车中,电池管理系统(BMS)是最佳充电、放电和性能监控背后的大脑。光耦合器在这里充当守门人,将高压电池组与敏感的低压电路隔离开来。这不仅可以防止潜在的损坏,还可以提高乘
    腾恩科技-彭工 2024-11-29 16:12 117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